电气化铁路信号电源自动切换系统设计

电气化铁道 2012年第 1期 电气化铁路信号电源自动切换系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 陈 丹，周文卫，鲁小兵 摘 要：分析了铁路信号供电变压器缺相故障情况，设计了铁路信号电源自动切断系统，该系统以低压侧三相 相电压为取样信号，由电压变换电路、比较电路、继电器控制电路及交流接触器构成。结果表明，信号电源缺 相故障时，该系统可以有效地切断电源主回路，从而实现主备用电源之间的转换。 关键词：铁路信号电源；缺相；交流接触器；切断 Abstract：This paper analyzes the phase lack failure conditions of railway signal transformer，and designs the automatic cut off system of railway sign al power supply．To the phase voltage of the low pressure side as sampling signal，this system is composed of voltage transform circuit，comparative circuit，relay control circuit and ac contactor． Th e results show that the system Can effectively shut off power supply，SO as to realize the conversion between the main power supply and backup power supply． Key words：railway signal power supply；phase lack；ac contactor；cut off 中图分类号：U284．77 文献标识码：B 文章编号：1007．936X(2012)01．0048—03 0 引言 铁路信号电源屏为铁路信号设备提供电源服 务，其供电电源质量和可靠性直接影响着信号设备 能否正常运行⋯。铁路信号采用两路独立电源，一 路主用、一路热备用的供电方式。当主用信号电源 发生缺相、相偏或短路故障时，如果不能及时迅速 的切换到备用信号电源，造成主用信号供电变压器 缺相运行，此时线路上会出现有危害的负序分量； 当变压器的中性点接地时，还会出现零序分量，这 些都会对电务负荷电能质量造成一定的影响，导致 电务信号设备不能正常运行L2J，影响行车效率，并 可能引发安全事故。本文着重分析信号电源的缺相 情况及信号电源 自动切断系统构成和工作原理。 1 信号电源自动转换系统的研究现状 现有的信号电源转换装置一般是基于二次低 压侧一相断线故障设计的，未考虑低压侧短路、高 压侧断相、高压侧短路等情况。从掌握的情况分析， 当主用信号供电变压器低压侧一相断线时，现有的 车站信号电源转换装置能够 自动转换到备用信号 电源；而高压侧单相断线或短路故障时，转换装置 作者简介：陈 丹．西南交通大学电气 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院，硕士研究 生，四／ff成都 61003l，电话：15198281941： 周文卫，鲁小兵．西南交通大学电气工程学院，硕士研究生。 48 不能判断发生故障，装置不动作，信号电源不能转 换到备用信号电源，使得主用信号变压器处于非全 相运行状态，导致电务信号供电系统产生严重的不 对称运行。如果长期缺相运行，会造成故障相绝缘 薄弱地方损坏，引发更严重的事故。 2 信号供电变压器缺相故障分析 铁路信号供电系统主要由地方变电站将三相 110 kV高压变为l0 kv中压 (在铁路主变电所实 现)，输送到铁路配电所，铁路配电所通过 “自闭、 贯通 ”线路输送到各站场 。各站场主要采用 30 kV·A、50 kV·A 等不同容量的三相变压器， Y／yn一12接线方式，变压器高压侧电压为 10 kV、 中性点不接地，低压侧电压为380／220 V、中性点 接地。 在铁路信号供电系统故障中，信号供电变压器 高、低压侧都可能发生单相接地、单相断路、两相 短路等故障，其中以高压侧单相断路故障最为频 繁，对铁路信号的影响最严重。本文以Y／yn一12型 变压器为例，运用 Matlab／Simulink对信号供电变 压器非全相运行状态进行仿真，侧重分析高、低压 侧缺相运行时其低压侧电压反应的不同情况。信号 供电变压器仿真模型图略。 分别对高、低压侧的断相故障情况进行仿真， 电气化铁路信号电源自动切换系统设计 陈 丹，周丈卫，鲁小兵 通信、信号 图 l 高压侧 A相断线时 、 、 波形图 图2 低压侧 a相断线时 、 、 波形图 由图 1、图2可知，信号供电变压器高压侧一 相断线时，低压侧故障相电压约为 1l V，非故障 相电压降到 190 V左右 (线电压的一半)。变压器 低压侧一相断线时，低压侧故障相电压约为0，非 故障相电压正常为 220 V。另外，当变压器高压侧 或低压侧发生单相或两相短路故障，低压侧相对应 的故障相电压明显降低，甚至为 0；非故障相电压 也会有相应的变化。 根据铁路信号供电的相关规定，铁路信号供电 系统必须保证不问断给电务信号设备供电，必须不 受外电网电压波动的影响，要求电务信号设备的输 入电压波动范围不能超过 10％。因此，结合以上对 变压器故障情况的仿真分析，设定 190 V为缺相故 障时的闽值电压，即当检测到变压器低压侧的某一 相或几相相电压低于 190 V，可认为信号电源发生 故障。 3 信号电源自动切断系统构成及工作原理 3．1 系统框架 根据以上对现有信号电源转换系统的分析，考 虑在信号电源主回路中加装自动切断电路，当信号 电源故障时将低压侧三相线路全部切断，则转换设 备必定能可靠转换到备用电源。该自动切断系统主 要由交流接触器及其线圈控制电路、电压采集变换 电路、比较电路、继电器控制电路组成，其系统框 架如图3所示。 ； ∥ 信号供电变压器 0 ． Y／yn一12，10KV／380V ， ． ． 磐荔 ] 继电器 控制电路 ⋯ j⋯ 一 一 ⋯ r 电压采集 ．；比较 变换电路 一⋯ 电路 ⋯ ⋯ 。“ 图 3 信号电源 自动切断电路框架图 3．2 整体电路 信号电源 自动切断系统的整体电路如图 4所 示，图 4中仅给出a相电压检测电路，b相、c相 检测电路类似 a相电路。 工作原理描述如下：将信号电源的相电压作为 取样信号，同时取 a、b、c三相相电压进行判断， 以实现当信号电源有一相或者几相电压低于阈值 电压时，比较器输出 为高电平， 导通，继电 器 KA线圈得电使其常闭触点断开，接触器KM失 电断开其触点，从而 自动切断信号电源低压侧三相 线路。同时当信号电源各相电压均恢复到正常时， 自动恢复供电。 +12v lR6 r—r I 一 ∞ v1 f 1 1 l_ 一 ] ． 。’ 一 a 【【 m一 0 一 图4 信号电源 自动切断系统整体电路图 3．3 各单元的组成及工作原理 (1)交流接触器及其线圈控制电路。该单元 电路由FU、KM、KM一3、KA一1、SB1、SB2组成， 如图 4所示，其中熔断器 FU起保护作用，KM一3 为三相交流接触器的主触点，KM 为接触器线圈， KA一1为继电器常闭触点，SBl、SB2用作手动闭合 供电回路。当信号电源故障时，电压检查电路控制 KA一1触点断开，KM线圈失电，KM．3触点断开， 从而切断供电线路。 49 通信 、信号 电气化铁道 2012年第 1期 (2)电压采集变换电路。该单元电路由R 、 R2、CHY-400V组成，见图4，单相交流电压隔离 变送器CHY-400V[3]将日相220 V交流电变换成0～ 5 v 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 直流电压信号，Rl是变送器原边串接限流 电阻，R2为变送器副边取样电阻。 (3)电压比较电路。该单元电路由R3、R4、 R5、Rf、IC1组成，见图 4，其中 Rf是上拉电阻， R4、Rf用以设定阈值电压 。当IC1反向输入端输 入的实际线路电压值 > 时，IC1输出 为低电 平，表示供电正常；反之 为高电平，表示有故 障发生【4】。另外，非门、R6、LED为故障报警电路， R7和 Dz为稳压限幅电路， 为经过稳压之后的 a 相电平信号。 (4)继电器控制电路。该单元电路由逻辑或 门、R8、VD1、VD2、T1及 KA组成，见图 4，当 、 、 任一为低电平时，T1截止，继电器KA 线圈不得电，其常闭触点 KA．1不动作，保持正常 供电；当 、 、 任一为高电平时，T1导通， KA得电，KA一1断开，KM 掉电，KM一3断开，从 而切断电源主回路。VD1、VD2是为了当继电器 KA动作瞬间所产生的反向电动势释放而设，起保 护晶体管T 的作用。 4 结论 该系统在某铁路局电务段的实际试验效果良 好，可以实现如下基本功能：当信号供电变压器发 生缺相故障时，不论是高压侧还是低压侧故障，一 旦检测到的电压低于所设定的阀值电压，即可控制 接触器 自动切断信号电源低压侧的三相线路，进而 实现主、备用信号电源的自动转换。 参考文献： 【1]高静敏．铁路信号电源屏的数据监测[J]．希望月报， 2007(9)． [2]屈刚，李长凯，张强，等．Y／Yo一12型配电变压器缺相运 行分析【J]．中国电力教育，2009(S1)． [3]宇波模块产品手册．北京森社电子有限公司． [4]农光平．非接触式交流电流监控器新探[J]．广西广播电 视大学学报，2001，(4)． 收稿日期：2011-10—09 ：‘： ： ： ： ： ： ： ： ： ； ： ： ：C： ： ： ： ； ： ： ； ： ： 《电气化铁道》投稿须知 “电气化铁道》是经国家科委批鬈创办，在新闻出版总署登记注册并在国内外发行的科技期刊。 本刊为电气化铁道领域专业技术期刊 (双月-?l】)，以交流和传播我国电气化铁道建设和发展所涉及到的学术理论为依 托，在从事电气化铁道建设、城市轨道交通的科研、设计、施工、运营的工程技术人员中营造学术讨论、信息交流的氛围。 主要栏目有电气化铁道综述、接触网、供变电、通信与信号、计算机与网络技术、城市轨道交通。为进一步提高本刊编辑 的标准化与规范化，现将投稿作如下要求，希望广大作者予以支持。 (1)题名 中文题名应简明，具体、确切，一般不超过 20个汉字。英文题名应与中文题名相对应，具有相同的内容 (2)摘要。中炙摘要 内容应 包括研究目的、方法、结果和结论，一般为 150-200个汉字。英文摘要应与中丈摘要相 对应，具有相同的内容。 (3)关键词。一般为3-8个关键词，词问用分号“；”相隔。中、英文关键词应一一对应。 (4)正丈。一般不超过 5 000字 (包括图、表 )。图、表合计不超过 10幅，均应编排序号。 (5)图表。图表均应具有 自明性，即图、图题、图例清楚明了。所有图均应采用计算机绘图，主要线条 (不小于 O．6 mm)粗细均匀，光滑清楚。本刊为黑白印刷，图表务 黑白分明。 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 采用国际通用的三线表，表中内容和符号必须 与正文中一致 。 来稿采用与否均由本刊编委会最后审定。依据 著作权法》，本刊可以对来稿作文字修改，删节，对内容的修改，需 征得作者同意。 来稿请白留底稿，请勿一稿多投。如该稿曾在学术会议上宣读或内部刊物上刊出，请在投稿时加以说明。 投稿请发至衣刊邮箱：dqhtd@263．net 50