1.1.2　知識鏈接

1.鐵路信號電源的重要性

鐵路信號電源是為鐵路信號設(shè)備供電的重要設(shè)備，是鐵路信號系統(tǒng)正常運行的保證，也是鐵路運輸安全運行的基本保障。由于電源不可靠，造成信號顯示不正常，輕則打亂正常運輸秩序，重則會導(dǎo)致列車脫軌、顛覆或沖突，將造成極其嚴(yán)重的行車事故，帶來不可挽回的損失。

隨著科學(xué)技術(shù)的進步和鐵路的發(fā)展，鐵路信號技術(shù)發(fā)生著重大變化，特別是近20多年來，為實現(xiàn)高速和重載運輸，我國鐵路積極引進新技術(shù)，大幅度提高了現(xiàn)代化信號裝備水平。這些裝備對供電質(zhì)量的要求比較高，因此鐵路信號供電的穩(wěn)定性、可靠性和安全性對鐵路運輸安全生產(chǎn)起到越來越重要的作用。特別是高速鐵路，其列車運行速度高、制動距離長、行車密度大，要保證高可靠、高安全，對于供電的要求更高。

2.鐵路信號設(shè)備對供電系統(tǒng)的基本要求

鐵路信號設(shè)備對供電系統(tǒng)的基本要求是可靠、穩(wěn)定與安全。

1）信號電源的可靠性

可靠指的是電源必須不間斷供電。鐵路信號設(shè)備各不相同，使用條件各異，對鐵路信號電源可靠性的要求也不盡相同，為了科學(xué)、合理、高效地進行鐵路信號供電，將信號設(shè)備劃分為不同的負荷等級，根據(jù)不同的電力負荷使用不同種類的電源。

（1）鐵路信號設(shè)備負荷的分級

根據(jù)供電可靠性的相關(guān)要求，電力負荷被分為一級負荷、二級負荷和三級負荷。對于鐵路信號設(shè)備而言，一級負荷可定義為中斷供電將引起人身傷亡、主要設(shè)備損壞和造成運輸秩序混亂的負荷，屬于這類的負荷有調(diào)度集中、大站繼電聯(lián)鎖、計算機聯(lián)鎖、自動閉塞、駝峰自動化系統(tǒng)、調(diào)度集中/TDCS和列控中心等。二級負荷指偶爾短時停電不會馬上打亂行車計劃，但停電時間長會影響運輸秩序的負荷，屬于這類的負荷有非自動閉塞區(qū)段的中、小站繼電聯(lián)鎖；其余為三級負荷。

（2）鐵路信號電源可靠性分類

鐵路信號電源根據(jù)可靠程度分為三類。第一類電源，取得兩路可靠獨立電源，其中一路為專盤專線，或者雖不能取得專用電源但能由其他重要線路接引供電；供電容量滿足信號設(shè)備的最大用電量；電壓、頻率的波動在容許范圍之內(nèi)，或者電壓波動雖然較大但能穩(wěn)壓。第二類電源，只能取得一路電源，但質(zhì)量較好，供電容量、電壓和頻率的波動情況與第一類電源相同。不能滿足第一類、第二類電源條件的為第三類電源。

獨立電源——不受其他電源影響的電源。如一個發(fā)電機組，有專用的控制設(shè)備和饋電線路，與其他母線沒有聯(lián)系或雖有聯(lián)系但其他母線發(fā)生故障時能自動切斷聯(lián)系，就是獨立電源。

可靠電源——是指晝夜連續(xù)供電，因維護和事故停電有一定限制的電源。相關(guān)規(guī)范規(guī)定：因維修的計劃停電，第一類電源每路每月1次，每次不超過4h；第二類電源每月一次，每次不超過10h。因事故造成的臨時停電兩年累計：第一類不超過48次，每次一般不超過2h；第二類不超過100次，每次一般不超過4h。

專盤專線——是指供給鐵路信號設(shè)備的10kV以下的不與其他負荷公用的專用配電設(shè)備和專用的電線路。

（2）鐵路信號設(shè)備的供電方式

鐵路信號設(shè)備中的一級負荷一般采用第一類電源供電。此時一般不需另設(shè)備用電源，但要求能自動或手動轉(zhuǎn)換兩路電源，供電中斷時間不大于0.15s，以免在電源轉(zhuǎn)換過程中使原吸起的繼電器落下而影響行車。此時常用的兩種供電方式：一是兩路電源同時受電，母線分段運行，從不同母線段引出兩路供電；二是從兩個相互獨立電源的變（配）電所各引出一路供電。

自動閉塞雖然為一級負荷，但因相鄰兩變電所可互為備用，故每一變電所并不要求引入兩路獨立電源，然而相鄰兩變電所的電源應(yīng)相互獨立。

若第一類負荷所在為第二類電源地區(qū)，除自動閉塞外，需結(jié)合電源情況慎重考慮。一般可用該電源作主電源，但必須設(shè)置備用電源。

一級負荷原則上不采用第三類電源。二級負荷可以采用第二類電源，但由于鐵路運輸生產(chǎn)的特點，即一處阻塞將會影響全線的暢通，因此必須設(shè)置備用電源。

采用計算機的信號系統(tǒng)，必須使用UPS。

2）信號電源的穩(wěn)定性

穩(wěn)定指的是必須保持電壓的波動在允許的范圍內(nèi)。對于直流電源而言，穩(wěn)定還包括電源中的脈動成分要低于允許值，不允許有電壓瞬變；對于交流電源而言，穩(wěn)定還包括電源頻率的穩(wěn)定和具有良好的正弦波形，不允許有波形畸變，特別是對三相交流電源，要求各相負載力求平衡，以提高供電效率和設(shè)備利用率。

為確保鐵路信號設(shè)備供電電源的穩(wěn)定，《普速鐵路信號維護規(guī)則技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，鐵路信號設(shè)備供電電源應(yīng)有兩路獨立的交流電源，兩路輸入電源的允許偏差范圍應(yīng)符合表1.1的規(guī)定。

（1）負荷功率因數(shù)：不低于0.85。

（2）信號設(shè)備的導(dǎo)線截面應(yīng)經(jīng)計算確定，以免導(dǎo)線壓降過大使設(shè)備電壓不足而不能正常工作。

（3）對于信號電源設(shè)備，因其由電網(wǎng)供電，負荷的變化將引起供電電壓的波動，故需設(shè)有穩(wěn)壓裝置，以保證電壓穩(wěn)定在規(guī)定的范圍之內(nèi)。

3）信號電源的安全性

安全是指必須具備保證生產(chǎn)安全、設(shè)備安全和人身安全的措施。必要措施有：

（1）信號設(shè)備的專用低壓交、直流電源都要對地絕緣，以免發(fā)生接地故障時造成電路錯誤動作。供電變壓器的初級和次級間應(yīng)用銅板隔離接地，以免初、次級間擊穿漏電而影響安全。

（2）信號設(shè)備的供電種類和電壓等級比較多，必須分路供電并用變壓器隔離，力求發(fā)生故障時縮小故障范圍，避免故障擴大化。

（3）使用電纜供電的時候，要考慮電纜芯線間的分布電容形成串電的問題，必要時應(yīng)分開電纜供電。

（4）一般交流電源均由架空線路供電，必須考慮防雷，防止浪涌電壓影響，以及安全接地問題。

（5）信號設(shè)備的保護系統(tǒng)如采用斷路器組成，斷路器的容量應(yīng)經(jīng)計算確定，并應(yīng)滿足動作的選擇性（即分支斷路器先動作，總斷路器后動作）及靈敏度（動作時間）的要求。

（6）高壓（交流380/220V、直流100V以上）設(shè)備要隔離，以保證人身安全。

3.鐵路信號供電系統(tǒng)的特點

鐵路信號供電系統(tǒng)由于其重要性和應(yīng)用的特殊性，在系統(tǒng)構(gòu)成和功能上都有一些有別于電力系統(tǒng)的特點，主要體現(xiàn)在3個方面：

（1）電壓等級低，變（配）電所結(jié)構(gòu)單一。從電力系統(tǒng)的角度看，鐵路負荷屬于終端負荷，直接面對最終用戶，所以鐵路供電系統(tǒng)中絕大多數(shù)為10kV配電所和35kV變電所，這取決于地方供電系統(tǒng)電源的情況和鐵路就地負荷的要求。

由于功能要求、應(yīng)用范圍基本相同，所以鐵路供電系統(tǒng)中的變（配）電所構(gòu)成基本相同，功能配置也變化不大。

（2）系統(tǒng)接線形式簡單。鐵路供電系統(tǒng)的接線就像鐵路一樣，是一個沿鐵路敷設(shè)的單一輻射網(wǎng)，各變（配）電所沿線基本均勻分布，并且互相連接，構(gòu)成手拉手供電方式。

（3）供電可靠性要求高。例如，自動閉塞的供電中斷時間不能超過150ms，否則，將會導(dǎo)致所有供電區(qū)間的自動閉塞信號燈變?yōu)榧t燈，影響鐵路的正常運輸。

4.鐵路信號供電系統(tǒng)的組成

鐵路信號供電系統(tǒng)是鐵路供電系統(tǒng)的重要組成部分，主要由鐵路地區(qū)的變（配）電所、輸出饋線和鐵路信號電源屏組成。電能從發(fā)電廠或變電所經(jīng)高壓配電線路送達鐵路地區(qū)變（配）電所，經(jīng)處理后由輸出饋線分配各車站的電源屏，再由電源屏經(jīng)過相關(guān)的變換處理輸送到各信號設(shè)備。

變（配）電所將35～500kV降壓至10kV，送入電力貫通線路和自閉電力線路電壓，通過線路變壓器降壓，為鐵路信號電源屏提供380/220V交流電壓。

輸出饋線包括自動閉塞電力線路、電力貫通線路。自動閉塞電力線路是用來直接為自動閉塞和各車站聯(lián)鎖設(shè)備提供可靠、不間斷電源的線路，是單獨架設(shè)的電線路。有自動閉塞電力線路時，不再設(shè)置信號專用的電力貫通線路。但在非自動閉塞區(qū)段，一般采用電力貫通線路。

各車站設(shè)有電源屏，自動閉塞區(qū)間所用電源屏設(shè)在相鄰車站，電源屏經(jīng)兩路電源切換、交流穩(wěn)壓、整流等變（配）電環(huán)節(jié)將可靠、穩(wěn)定的電源輸送到各信號設(shè)備。