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鐵路信號專用備用電源

發布時間:2020/04/22
鐵路信號專用備用電源

鐵路信號專用備用電源

 

伴隨著“高鐵時代”的到來 ,一方面信號系統的安全和科學需求更加突出,另一方面計算機聯鎖系統和微機自動閉塞控制系統等在鐵路信號新技術中的應用范圍更加廣泛,而這些新技術系統對電源供電質量的要求較之傳統的技術系統更加嚴格,任何偶然、短暫的供電中斷都可能造成難以估量的損失,甚至對鐵路的行車安全產生極大威脅。因此,列車運行的高效性,安全性和可靠性課題日漸重大?,F代鐵路運行需要高度科學和絕對可靠的現代信號系統,而現代信號系統需要效率更高、質量更好和技術更科學的電源保障系統。

全國ISPS技術聯盟合力推出“智能型快速應急電源—ISPS”之后,在聯盟專家團隊的指導下,根據市場領域的不同特殊情況,由各成員企業承擔不同特色的ISPS族的專家系統。其中的“ISPS-TX”是在“吸諧波型ISPS(ISPSH)”電源專家基礎上開發出來的監護型電源專家系統,研發和實驗工作由吉林科電電氣有限責任公司、周教授、孟教授和國彪電源集團有限公司共同完成,產品專有技術由ISPS技術聯盟成員企業共享,是一款為現代鐵路信號系統量身打造的專用產品。

  1. ISPS-TX所針對的現實課題

現有的車站的行車信號系統多為互相獨立的主、備兩路電源供電,主電源引自地方電網,備電引自備發電機組,經電源輸入裝置對行車信號系統供電?,F實中多有行車信號掉碼情況發生,甚至曾經出現過一個月內掉碼15次以上的特殊情況。如果此類掉碼發生在高鐵的關鍵時刻,其后果不堪設想!掉碼原因多為電源質量不佳,例如電壓波動、頻率不穩、波形畸變、諧波干擾、負載波動引起電源異常響應等等。

  1. ISPS-TX產品概述

2.1輸入輸出示意框圖

如“圖1”、“圖2”、“圖3” 所示,ISPS-TX輸入端引入雙路AC380/220V外電源,一路主電,一路備電(一般為自備發電),輸出為一路不間斷型AC380/220V電源。在本節所示圖中,“圖1”為ISPS-TX與信號箱外部連接示意圖,“圖2”為ISPS-TX內部單線聯系框圖,“圖3”為ISPS-TX內部三線五線制連接示意圖。

 

圖1:ISPS-TX與信號箱外部連接示意圖

圖2:ISPS-TX內部單線連接示意框圖

圖3:ISPS-TX內部三相五線制連接示意圖

2.2 基本功能

   ISPS-TX能為現代鐵路信號系統提供高效、清潔、安全和可靠的工作電源。一方面能抑制有源諧波發生,另一方面又能抑制無源諧波通過,確保鐵路信號系統不受有源諧波或無源諧波的干擾,同時能將波動不穩的電源實時改造成穩定合法的工作電源。在兩個外電源(主電和備電)都因故停電時,還可以繼續根據預先設計和配置繼續對信號系統供電(應急時間取決于蓄電池組體容量)。ISPS-TX裝置的主電、備電及應急電之間的接續和轉換是無縫的,其輸出端電源均是無諧波、無干擾和無波動的,系統中含多項專有技術聯合,確保信號系統電源穩定可靠,不發生“掉碼”現象。

2.3 主機的容量配置

選擇ISPS-TX容量一般是額定電壓和額定電流為計算依據,如果僅以該依據計算,有時會使ISPS-TX容量選擇偏低。確定 ISPS-TX容量時,除了考慮信號負荷平均功率以外,還應根據非線性負荷的類型和特性,適當考慮峰值電流及持續時間對電源的影響。一般情況下,主機設備額定容量應不小于負荷端視在容量的1.3倍(即Se≥1.3S30),而蓄電池組容量可按需要或設計計算配置。

2.4 主機的系統性能

(1)輸入電壓允許在額定電壓±15%范圍內波動,輸出電壓穩壓精度是額定電壓±1%。

(2)輸出電壓諧波含量小于3%,對用電設備無諧波干擾

(3)主電、備電及應急均具有鎖相功能且相互之間能互相連鎖。

(4)主機能在150%的過負載工況下能持續工作1min。

(5)當發生短路、長時間過載等異常情況時,能快速地保護ISPS-TX系統主機并發出報警音響,當事故解除后能自動恢復供電。

(6)主機內部元器件采用最先進的進口元器件,系統的可靠性較高。

(7)ISPS-TX電源具有RS232、RS485等多種通信接口。

2.5 系統內關鍵部件參數配合

 ISPS-TX內的關鍵部件有整流、充電、逆變及蓄電池組四個單元,每個單元內部的單個器件的個性參數都有一定差異,但此類差異越小,則由器件群組成的單元外特性參數越穩定,各單元之間也越容易實現參數配合。

2.5.1 蓄電池參數

 單只蓄電池參數主要是指內阻(蓄電池內部的阻抗值,以下簡稱“內阻”)和電動勢(蓄電池空載時的端電壓值,以下簡稱“電勢”),而蓄電池組參數是指串聯蓄電池組的總阻抗(串聯組內所有單只蓄電池內阻之和)和總電動勢(串聯組內所有單只蓄電池電勢之和)。在實踐中,不同品牌、不同批次、不同規格及其新舊程度不同的蓄電池,其參數是不一致的。另一方面,由于充電環境和場所環境的差異,蓄電池及蓄電池組的參數特性會在實際運行過程中逐漸發生參數漂移的程度也不同。因此,在配置串聯運行的蓄電池組時,應注意禁止將不同品牌、不同規格、不同批次、不同品質及新舊程度不同的蓄電池混用!即使是由品牌、規格、批次、品質和新舊完全相同的蓄電池構建串聯蓄電池組,也應在電池群中做參數海選,盡量用參數相同的蓄電池構成同一串聯組,以保證蓄電池在充電(均充、浮充)和放電狀態中分壓均勻,避免長期分壓不均工況導致參數發生離散性漂移并引發部分蓄電池在壽命期內提前損壞。ISPS-TX主機內所配蓄電池組充分考慮了上述因素,滿足以下條件:

(1)根據應急時間的設計,蓄電池組的放電倍率宜介于0.1C和2C之間,即:0.1C≤β≤2C)。對于有人值守的車站,ISPS-TX的蓄電池組放電倍率一般為0.9C左右(β≈0.9);對于無人值守的車站,ISPS的放電率宜為0.3C左右(β≈0.3)。

(2)ISPS-TX所配蓄電池組的主要參數(內阻r和電勢e)最大限度地接近一致,最大平均偏差(串聯蓄電池組中任一只電池的參數與該組電池參數平均值的差值)不超過3%,最大個性偏差(任意2只的參數之差)不超過6%。

2.5.2整流、充電及逆變單元參數

  1. 眾所周知,對任何蓄電能類應急電源而言,在不同的工況下,其系統的整流、逆變、充電及蓄電池組等單元之間存在如下“內阻抗”與“外阻抗”的關系:A.在電源治理期間,整流器與逆變器配合供電,此時整流器源端,而逆變器為載端,整流器的輸出阻抗為源端內阻抗,逆變器的輸入阻抗為載端外阻抗;B.充電(含浮充電)期間,充電器的輸出阻抗為源端內阻抗,而串聯蓄電池組的輸入阻抗為載端外阻抗;C.逆變期間,蓄電池的輸出阻抗為源端內阻抗,而逆變器的輸入阻抗為載端外阻抗。

經驗證明:電源工作于某種工況下,改變其內阻抗與外阻抗之間的數值關系則可找到“最大功率輸出”點、“最佳工作效率”點和“最佳工作效果”點。因此,產品設計時應根據實際情況與需求,科學構建和調整各單元的內阻抗與外阻抗參數,應根據對電路特點的評估給出在某種環境下單元參數隨時間發生變化或漂移的參考曲線,且應盡量保證源端參數變化的參考曲線與載端參數變化的參考曲線相擬合或十分相近。ISPS-TX主機內各單元參數的設計滿足以下條件:

  1. 整流器輸出阻抗與逆變器輸入阻抗的構造兼顧了最大輸出功率和最佳輸出效率,并能保證二者參數的漂移和變化曲線接近一致。
  2. 充電器單元對應于初充、中間充和浮充三個階段的不同工況構建了不同的自適應輸出參數模型,最大限度地自適應各規格標配蓄電池組在三個充電階段的輸入參數,根據基于經驗的、標配的、串聯蓄電池組參數隨時間變化的模擬曲線,科學設計和構建充電器跟蹤串聯蓄電池組參數漂移的參考曲線,保證充電器參數漂移曲線最大限度地與蓄電池參數漂移曲線相接近。
  3. 逆變器輸入參數能自動適應整流器輸出阻抗和蓄電池組輸出阻抗,即在“整流-逆變”工況下能自動適應整流器的輸出參數,而在應急逆變工況下又能自動適應串聯蓄電池組的輸出參數。

2.6 完善的系統配置

2.6.1 蓄電池保護與監測

ISPS-TX系統配置的蓄電池自動維護和蓄電池在線保護裝置,能自動抑制蓄電池在線溫度,減緩蓄電池參數漂移,從而延長蓄電池壽命;所配置的蓄電池漏液偵測功能,可提早偵測出電池的漏液并告警,避免因蓄電池漏液引起事故;所配置的蓄電池能量輸出與輸入記憶功能,可以根據在線工況自動開啟自動維護功能,還可以根據負載情況,自動調整放電終止電壓。以上各功能均可以大大延長蓄電池使用壽命。

2.6.2 外電源監測

ISPS-TX系統配置了外電源監測模塊,能根據外電源的參數變化特征判定外電源變化趨勢,從而確定主機進入外電源治理狀態或應急切換狀態。

2.6.3 友好連接的軟投切功能

當外電源由市電轉為發電機組供電時,發電機突然啟動承載負荷,而負荷瞬間突加于發電機,即可導致負荷側電壓突變,也可導致發電機啟動失速(啟動瞬間被突加負載所致)而不能正常啟動。而ISPS-TX所配軟投切功能則既能保證負荷端電壓不產生波動,又保證發電機啟動瞬間不受負荷沖擊,能保證發電機與負荷間實現友好、無縫、穩定地連接,從而確保發電機組保持正常、安全運行,能延長發電機組使用壽命。

2.7 系統通信功能

ISPS-TX電源具有RS232、RS485等通信接口供選擇,可以直接通過網絡或動力環境采集,對ISPS-TX電源實現遠程集中監控,可遠程查看ISPS-TX電源運行的各項參數和事件的記錄,并可進行實時監測。

3 ISPS-TX的主要優勢

ISPS電源在市電正常情況下,效率可達98%以上,且低功耗,發熱少,無諧波,無須增設有源濾波器和精密空調,節電節資,節省占地,綠色環保。

4、結語

ISPS-TX電源能成功解決日常運行中行車信號掉碼問題,為信號系統不間斷供電和供電管理實現自動化,信息化,標準化提供可靠的電力支持與保障。

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