论文部分内容阅读
摘要：信号电源屏是信号系统的供电设备，其性能是否稳定可靠直接影响着铁路运输的安全。当前铁路信号电源屏的智能化故障问题较多，尤其在与其他维护监测设备的接口通讯方面。本文针对相应的问题提出解决方案。
关键词： 智能电源屏；数据通讯；故障分析
中图分类号：C37文献标识码： A
一、引言
最近10年，我国铁路实现了新一轮的跨越式发展，特别是高铁技术运用日益成熟。铁路信号系统新技术、新装备不断投入应用。作为铁路信号基础设备之一，铁路信号电源也经历由传统电源屏向电子化、模块化、智能化电源屏的过渡，一系列新需求、新技术、新模式、新产品随之而来。其间铁道部颁布一系列技术条件和相关技术文件，对确保电源屏，尤其是客运专线电源屏的设计质量，充分满足铁路运输高安全性、高可靠性和高可用性需求起到重要的保障作用。但由于一些客观的原因，如我国铁路电网质量地区性差异较大，各种新型信号设备尤其是服务器等计算机类设备的广泛应用等，现行技术条件仍然存在一些与信号电源屏实际生产、应用及维护过程不适应或需要明确的地方，以下就针对这些问题展开探讨。 通过对相互之间的运行特点和工作原理，提高现场服务的效率，进行系统分析，提出相应的解决策略。
二、 目前存在问题
1 元器件陈旧落后
目前信号电源屏中大量使用 CJ10型交流接触器、二极管组合整流桥、非节能型铁心变压器感应调压器、饱和电抗器、分立元件控制板、非盘用仪表、环氧树脂螺栓接线板、非阻燃端子板、非阻燃导线等器件，大多陈旧落后，可靠性低，故障率高，难以保证供电质量。
2 屏体结构设计不合理
2.1 采用敞开式结构。目前在使用的信号电源屏，屏体结构都是敞开式的，后面仅以金属网相隔，不仅易触电，而且因粉尘、异物侵入，极易造成系统短路或接地故障。
2.2操作维修不方便。电源屏内元件落后、体积大，造成屏内
维修空间小，维修困难，而且操作开关位置偏下，增加了操作难度，有时甚至出现误操作。
3 电路设计不合理
3.1过流保护电路不完善。如电源屏停电恢复时，供电瞬间产生的大电流脉冲，易造成熔丝断丝。
3.2报警电路设计不合理。当输入电源相位不平衡或电源屏出现故障时，刺耳的报警声严重干扰了师生的正常教学秩序，同时也妨碍维修人员对故障的处理。
3.3 相序检查电路不完善。缺少三相电源相序检查调整措施，使调压屏在引入电源相序改变时，出现反向调整。
3.4辅助回路保护不完善。在一些电源屏中，对控制、计量、监测报警和保护等回路，没有单独设置短路保护元件，这是当前烧坏信号电源屏、继电器的最主要原因。
4 稳压器和隔离变压器容量过大
目前信号电源屏的容量普遍余量过大，一般实际运行容量只有额定容量的三分之一左右，这样不仅造成材料和能源浪费，而且增加了工程的投资。
三、 提高信号电源屏可靠性的一些改进措施和建议
1、提高信号电源屏可靠性的一些改进措施
1.1 当输入三相电源不平衡时，输出波动较大，应在三相变压器的初级和次级设置调整线圈，通过正串、反串的不同组合，对输出电压进行调整，使之接近平衡。
1.2当三相电源相序改变时，易造成调压屏反向调整，应在三相电源输入端增加一套相序及断相防护继电器，当三相电源完整而且相序正确时，电子电路有输出，使安全型继电器吸起。当电子电路出现故障时，只能使其输出断路，使安全型继电器落下，符合“故障倒向安全”原则，电子电路为双套同时运行，确保防护功能不受干扰。
1.3交流转辙机屏故障时，报警系统一直处于工作状态，在相序监督报警电路中增加1 个4 位转换开关，保证了当电源出现故障时发出报警，故障恢复后可再次给出报警信号。
2提高信号电源屏可靠性的一些建议
2.1主CPU存储器的扩展
系统的外扩存储器芯片选用非易失性芯片HK1255，该芯片内置锂电池，在无外部供电的情况下，数据能保持很长时间。该芯片抗干扰能力强，可带电插拔；存储速度<70ns；低功耗、全密封、高可靠；適于潮湿、振动、高低温等恶劣的环境中使用。AT89C55在扩展模式下有16根地址线，可寻址64KB的空间，但HK1255具有19根地址线，而P2.7又用作了地址分配单元的使能控制，故实际使用的地址线只有15根，可寻址215=32KB寻址空间。所以HK1255扩展采用分页扩展存储器技术，用四根P0口的输出端口线，使存储器形成32个32KB的页面，从而可以达到扩展的目的。两锁存器时钟由CPU的P1.0和ALE提供，HK1255片选端由P1.1提供，其WE、OE分别与CPU的/WR、/RD相接。在CPU要求与外存交换数据时，首先由P0.0～P0.3发出数据存储区对应的分页控制码0000～1111中的一个，由锁存器锁存，然后再发出十五位地址信息与外存间进行数据交换。
2.2交流稳压方式选择。信号电源屏的供电质量很大程度上取决于交流稳压器性能的优劣，原采用的饱和电抗器、感应调压器等交流稳压设备，体积大，反应慢，控制电路环节多，建议选择性能较好的交流稳压器，如参数稳压器和稳压变压器，达到设备简单，故障率低，便于维修的目的。
2.3完善防护系统。信号电源屏应对外电网和负载侵入等异常情况予以有效的防护，例如，对输入交流电源电压过高、过低（超出交流稳压器稳压范围）、停电、三相电源缺相、倒相序等情况予以检测，不符合要求即报警，且自动转换至备用电源屏。由于我院的综合演练室地处五楼顶层，在信号电源屏输入、输出侧均应加装性能良好的防雷设施和防短路电路，以保证供电的可靠性和人员安全性。
2.4报警系统智能化。信号电源屏故障报警均采用音响报警，不便于故障的判断和处理，报警取样点应适当“丰实”，显示直观，以便出现故障时，迅速判断处理，减少故障延时。
2.5方便使用和维修。大中站电源屏主备屏转换时，手动转换开关多，且开关位置偏下，难于辨认和操作，为方便使用和维修，宜采用自动转换方式；屏面仪表应改指针式为数字式；屏内器材应有明显的位置表示，并贴有电路图，便于辨认；应留有故障检测报警接口，便于和信号微机监测相连。
四、 未来发展方向
1、采用更加模块化结构
电源设备应由能实现不同功能的单元模块组成，如交流配电单元、整流器模块单元、直流配电单元等，单元模块应容量适中，以便根据站场需要，配置最佳供电系统，使冗余选择更加灵活。模块化结构非常方便于各电源的隔离，各部电路互相独立，减少了迂回，发生故障时，也便于查找和处理。
2、实现更加智能化管理
电源系统的用户界面应采用多级菜单式的人—机对话界面的软件，根据屏幕提示，能非常方便地实现电源系统要求的各项功能。
3、便于维护和使用
电源系统应有完善的监控功能，可实现各种告警功能和远距离实时监测各种数据的功能，方便维护和使用。
4、 采用封闭式结构
应在屏内设置温度传感器，以测量环境温度，并根据温度变化自动开停风扇，降低屏内温度。
五、 改进电源屏的意义
在实际的工程中，综合实训室具有多种功能，能模拟铁路现场作业，效果逼真，而且优于直接在现场实习，因为现场的信号电源屏处于不间断运用状态中，绝对不允许人为制造并予以查找。而实际中实训基地的电源屏能为铁道信号专业学生进行调压、倒屏、故障查找和处理等各相动手练习，直观而安全。所以对旧电源屏进行更新改进势在必行，是为在校学生走向工作岗位奠定基础，也是适应我国铁路信号从传统技术向现代化技术发展的需要。
参考文献：
[1]田永平.检验铁路信号电源屏产品应注意的几个问题[J].铁道技术监督，2003（12）.
[2]杨萍.R形变压器在铁路信号电源屏上的应用[J].铁道通信信号，1998（08）.
[3]赵祚义，查新宪.铁路信号电源屏火灾原因及防护措施[J].铁道通信信号，2004（08）.
[4] 赵祚义.铁路信号电源屏存在的主要问题及产生原因[J]. 铁道通信信号. 2000(01)
[5] 张丽卿，王瑞峰.故障树分析法在信号设备中的应用[J]. 科技信息. 2007(05)
[6] 钱爱民.全面提高信号系统可靠性[J]. 科学大众. 2005(07)
[7] 骆文尚.广州地铁事故照明装置简介及发展方向探讨[J]. 中国科技信息. 2009(06)
关键词： 智能电源屏；数据通讯；故障分析
中图分类号：C37文献标识码： A
一、引言
最近10年，我国铁路实现了新一轮的跨越式发展，特别是高铁技术运用日益成熟。铁路信号系统新技术、新装备不断投入应用。作为铁路信号基础设备之一，铁路信号电源也经历由传统电源屏向电子化、模块化、智能化电源屏的过渡，一系列新需求、新技术、新模式、新产品随之而来。其间铁道部颁布一系列技术条件和相关技术文件，对确保电源屏，尤其是客运专线电源屏的设计质量，充分满足铁路运输高安全性、高可靠性和高可用性需求起到重要的保障作用。但由于一些客观的原因，如我国铁路电网质量地区性差异较大，各种新型信号设备尤其是服务器等计算机类设备的广泛应用等，现行技术条件仍然存在一些与信号电源屏实际生产、应用及维护过程不适应或需要明确的地方，以下就针对这些问题展开探讨。 通过对相互之间的运行特点和工作原理，提高现场服务的效率，进行系统分析，提出相应的解决策略。
二、 目前存在问题
1 元器件陈旧落后
目前信号电源屏中大量使用 CJ10型交流接触器、二极管组合整流桥、非节能型铁心变压器感应调压器、饱和电抗器、分立元件控制板、非盘用仪表、环氧树脂螺栓接线板、非阻燃端子板、非阻燃导线等器件，大多陈旧落后，可靠性低，故障率高，难以保证供电质量。
2 屏体结构设计不合理
2.1 采用敞开式结构。目前在使用的信号电源屏，屏体结构都是敞开式的，后面仅以金属网相隔，不仅易触电，而且因粉尘、异物侵入，极易造成系统短路或接地故障。
2.2操作维修不方便。电源屏内元件落后、体积大，造成屏内
维修空间小，维修困难，而且操作开关位置偏下，增加了操作难度，有时甚至出现误操作。
3 电路设计不合理
3.1过流保护电路不完善。如电源屏停电恢复时，供电瞬间产生的大电流脉冲，易造成熔丝断丝。
3.2报警电路设计不合理。当输入电源相位不平衡或电源屏出现故障时，刺耳的报警声严重干扰了师生的正常教学秩序，同时也妨碍维修人员对故障的处理。
3.3 相序检查电路不完善。缺少三相电源相序检查调整措施，使调压屏在引入电源相序改变时，出现反向调整。
3.4辅助回路保护不完善。在一些电源屏中，对控制、计量、监测报警和保护等回路，没有单独设置短路保护元件，这是当前烧坏信号电源屏、继电器的最主要原因。
4 稳压器和隔离变压器容量过大
目前信号电源屏的容量普遍余量过大，一般实际运行容量只有额定容量的三分之一左右，这样不仅造成材料和能源浪费，而且增加了工程的投资。
三、 提高信号电源屏可靠性的一些改进措施和建议
1、提高信号电源屏可靠性的一些改进措施
1.1 当输入三相电源不平衡时，输出波动较大，应在三相变压器的初级和次级设置调整线圈，通过正串、反串的不同组合，对输出电压进行调整，使之接近平衡。
1.2当三相电源相序改变时，易造成调压屏反向调整，应在三相电源输入端增加一套相序及断相防护继电器，当三相电源完整而且相序正确时，电子电路有输出，使安全型继电器吸起。当电子电路出现故障时，只能使其输出断路，使安全型继电器落下，符合“故障倒向安全”原则，电子电路为双套同时运行，确保防护功能不受干扰。
1.3交流转辙机屏故障时，报警系统一直处于工作状态，在相序监督报警电路中增加1 个4 位转换开关，保证了当电源出现故障时发出报警，故障恢复后可再次给出报警信号。
2提高信号电源屏可靠性的一些建议
2.1主CPU存储器的扩展
系统的外扩存储器芯片选用非易失性芯片HK1255，该芯片内置锂电池，在无外部供电的情况下，数据能保持很长时间。该芯片抗干扰能力强，可带电插拔；存储速度<70ns；低功耗、全密封、高可靠；適于潮湿、振动、高低温等恶劣的环境中使用。AT89C55在扩展模式下有16根地址线，可寻址64KB的空间，但HK1255具有19根地址线，而P2.7又用作了地址分配单元的使能控制，故实际使用的地址线只有15根，可寻址215=32KB寻址空间。所以HK1255扩展采用分页扩展存储器技术，用四根P0口的输出端口线，使存储器形成32个32KB的页面，从而可以达到扩展的目的。两锁存器时钟由CPU的P1.0和ALE提供，HK1255片选端由P1.1提供，其WE、OE分别与CPU的/WR、/RD相接。在CPU要求与外存交换数据时，首先由P0.0～P0.3发出数据存储区对应的分页控制码0000～1111中的一个，由锁存器锁存，然后再发出十五位地址信息与外存间进行数据交换。
2.2交流稳压方式选择。信号电源屏的供电质量很大程度上取决于交流稳压器性能的优劣，原采用的饱和电抗器、感应调压器等交流稳压设备，体积大，反应慢，控制电路环节多，建议选择性能较好的交流稳压器，如参数稳压器和稳压变压器，达到设备简单，故障率低，便于维修的目的。
2.3完善防护系统。信号电源屏应对外电网和负载侵入等异常情况予以有效的防护，例如，对输入交流电源电压过高、过低（超出交流稳压器稳压范围）、停电、三相电源缺相、倒相序等情况予以检测，不符合要求即报警，且自动转换至备用电源屏。由于我院的综合演练室地处五楼顶层，在信号电源屏输入、输出侧均应加装性能良好的防雷设施和防短路电路，以保证供电的可靠性和人员安全性。
2.4报警系统智能化。信号电源屏故障报警均采用音响报警，不便于故障的判断和处理，报警取样点应适当“丰实”，显示直观，以便出现故障时，迅速判断处理，减少故障延时。
2.5方便使用和维修。大中站电源屏主备屏转换时，手动转换开关多，且开关位置偏下，难于辨认和操作，为方便使用和维修，宜采用自动转换方式；屏面仪表应改指针式为数字式；屏内器材应有明显的位置表示，并贴有电路图，便于辨认；应留有故障检测报警接口，便于和信号微机监测相连。
四、 未来发展方向
1、采用更加模块化结构
电源设备应由能实现不同功能的单元模块组成，如交流配电单元、整流器模块单元、直流配电单元等，单元模块应容量适中，以便根据站场需要，配置最佳供电系统，使冗余选择更加灵活。模块化结构非常方便于各电源的隔离，各部电路互相独立，减少了迂回，发生故障时，也便于查找和处理。
2、实现更加智能化管理
电源系统的用户界面应采用多级菜单式的人—机对话界面的软件，根据屏幕提示，能非常方便地实现电源系统要求的各项功能。
3、便于维护和使用
电源系统应有完善的监控功能，可实现各种告警功能和远距离实时监测各种数据的功能，方便维护和使用。
4、 采用封闭式结构
应在屏内设置温度传感器，以测量环境温度，并根据温度变化自动开停风扇，降低屏内温度。
五、 改进电源屏的意义
在实际的工程中，综合实训室具有多种功能，能模拟铁路现场作业，效果逼真，而且优于直接在现场实习，因为现场的信号电源屏处于不间断运用状态中，绝对不允许人为制造并予以查找。而实际中实训基地的电源屏能为铁道信号专业学生进行调压、倒屏、故障查找和处理等各相动手练习，直观而安全。所以对旧电源屏进行更新改进势在必行，是为在校学生走向工作岗位奠定基础，也是适应我国铁路信号从传统技术向现代化技术发展的需要。
参考文献：
[1]田永平.检验铁路信号电源屏产品应注意的几个问题[J].铁道技术监督，2003（12）.
[2]杨萍.R形变压器在铁路信号电源屏上的应用[J].铁道通信信号，1998（08）.
[3]赵祚义，查新宪.铁路信号电源屏火灾原因及防护措施[J].铁道通信信号，2004（08）.
[4] 赵祚义.铁路信号电源屏存在的主要问题及产生原因[J]. 铁道通信信号. 2000(01)
[5] 张丽卿，王瑞峰.故障树分析法在信号设备中的应用[J]. 科技信息. 2007(05)
[6] 钱爱民.全面提高信号系统可靠性[J]. 科学大众. 2005(07)
[7] 骆文尚.广州地铁事故照明装置简介及发展方向探讨[J]. 中国科技信息. 2009(06)