铁路信号专用备用电源
铁路信号专用备用电源
伴随着“高铁时代”的到来 ，一方面信号系统的安全和科学需求更加突出，另一方面计算机联锁系统和微机自动闭塞控制系统等在铁路信号新技术中的应用范围更加广泛，而这些新技术系统对电源供电质量的要求较之传统的技术系统更加严格，任何偶然、短暂的供电中断都可能造成难以估量的损失，甚至对铁路的行车安全产生极大威胁。因此，列车运行的高效性，安全性和可靠性课题日渐重大。现代铁路运行需要高度科学和绝对可靠的现代信号系统，而现代信号系统需要效率更高、质量更好和技术更科学的电源保障系统。
全国ISPS技术联盟合力推出“智能型快速应急电源—ISPS”之后，在联盟专家团队的指导下，根据市场领域的不同特殊情况，由各成员企业承担不同特色的ISPS族的专家系统。其中的“ISPS-TX”是在“吸谐波型ISPS（ISPSH）”电源专家基础上开发出来的监护型电源专家系统，研发和实验工作由吉林半岛官方入口 、周教授、孟教授和国彪电源集团有限公司共同完成，产品专有技术由ISPS技术联盟成员企业共享，是一款为现代铁路信号系统量身打造的专用产品。
- ISPS-TX所针对的现实课题
现有的车站的行车信号系统多为互相独立的主、备两路电源供电，主电源引自地方电网，备电引自备发电机组，经电源输入装置对行车信号系统供电。现实中多有行车信号掉码情况发生，甚至曾经出现过一个月内掉码15次以上的特殊情况。如果此类掉码发生在高铁的关键时刻，其后果不堪设想！掉码原因多为电源质量不佳，例如电压波动、频率不稳、波形畸变、谐波干扰、负载波动引起电源异常响应等等。
- ISPS-TX产品概述
2.1输入输出示意框图
如“图1”、“图2”、“图3” 所示，ISPS-TX输入端引入双路AC380/220V外电源，一路主电，一路备电（一般为自备发电），输出为一路不间断型AC380/220V电源。在本节所示图中，“图1”为ISPS-TX与信号箱外部连接示意图，“图2”为ISPS-TX内部单线联系框图，“图3”为ISPS-TX内部三线五线制连接示意图。
图1：ISPS-TX与信号箱外部连接示意图
图2：ISPS-TX内部单线连接示意框图
图3：ISPS-TX内部三相五线制连接示意图
2.2 基本功能
ISPS-TX能为现代铁路信号系统提供高效、清洁、安全和可靠的工作电源。一方面能抑制有源谐波发生，另一方面又能抑制无源谐波通过，确保铁路信号系统不受有源谐波或无源谐波的干扰，同时能将波动不稳的电源实时改造成稳定合法的工作电源。在两个外电源（主电和备电）都因故停电时，还可以继续根据预先设计和配置继续对信号系统供电（应急时间取决于蓄电池组体容量）。ISPS-TX装置的主电、备电及应急电之间的接续和转换是无缝的，其输出端电源均是无谐波、无干扰和无波动的，系统中含多项专有技术联合，确保信号系统电源稳定可靠，不发生“掉码”现象。
2.3 主机的容量配置
选择ISPS-TX容量一般是额定电压和额定电流为计算依据，如果仅以该依据计算，有时会使ISPS-TX容量选择偏低。确定 ISPS-TX容量时，除了考虑信号负荷平均功率以外，还应根据非线性负荷的类型和特性，适当考虑峰值电流及持续时间对电源的影响。一般情况下，主机设备额定容量应不小于负荷端视在容量的1.3倍（即Se≥1.3S30），而蓄电池组容量可按需要或设计计算配置。
2.4 主机的系统性能
（1）输入电压允许在额定电压±15%范围内波动，输出电压稳压精度是额定电压±1%。
（2）输出电压谐波含量小于3%，对用电设备无谐波干扰
（3）主电、备电及应急均具有锁相功能且相互之间能互相连锁。
（4）主机能在150%的过负载工况下能持续工作1min。
（5）当发生短路、长时间过载等异常情况时，能快速地保护ISPS-TX系统主机并发出报警音响，当事故解除后能自动恢复供电。
（6）主机内部元器件采用最先进的进口元器件，系统的可靠性较高。
（7）ISPS-TX电源具有RS232、RS485等多种通信接口。
2.5 系统内关键部件参数配合
ISPS-TX内的关键部件有整流、充电、逆变及蓄电池组四个单元，每个单元内部的单个器件的个性参数都有一定差异，但此类差异越小，则由器件群组成的单元外特性参数越稳定，各单元之间也越容易实现参数配合。
2.5.1 蓄电池参数
单只蓄电池参数主要是指内阻（蓄电池内部的阻抗值，以下简称“内阻”）和电动势（蓄电池空载时的端电压值，以下简称“电势”），而蓄电池组参数是指串联蓄电池组的总阻抗（串联组内所有单只蓄电池内阻之和）和总电动势（串联组内所有单只蓄电池电势之和）。在实践中，不同品牌、不同批次、不同规格及其新旧程度不同的蓄电池，其参数是不一致的。另一方面，由于充电环境和场所环境的差异，蓄电池及蓄电池组的参数特性会在实际运行过程中逐渐发生参数漂移的程度也不同。因此，在配置串联运行的蓄电池组时，应注意禁止将不同品牌、不同规格、不同批次、不同品质及新旧程度不同的蓄电池混用！即使是由品牌、规格、批次、品质和新旧完全相同的蓄电池构建串联蓄电池组，也应在电池群中做参数海选，尽量用参数相同的蓄电池构成同一串联组，以保证蓄电池在充电（均充、浮充）和放电状态中分压均匀，避免长期分压不均工况导致参数发生离散性漂移并引发部分蓄电池在寿命期内提前损坏。ISPS-TX主机内所配蓄电池组充分考虑了上述因素，满足以下条件：
（1）根据应急时间的设计，蓄电池组的放电倍率宜介于0.1C和2C之间，即：0.1C≤β≤2C）。对于有人值守的车站，ISPS-TX的蓄电池组放电倍率一般为0.9C左右（β≈0.9）；对于无人值守的车站，ISPS的放电率宜为0.3C左右（β≈0.3）。
（2）ISPS-TX所配蓄电池组的主要参数（内阻r和电势e）最大限度地接近一致，最大平均偏差（串联蓄电池组中任一只电池的参数与该组电池参数平均值的差值）不超过3%，最大个性偏差（任意2只的参数之差）不超过6%。
2.5.2整流、充电及逆变单元参数
- 众所周知，对任何蓄电能类应急电源而言，在不同的工况下，其系统的整流、逆变、充电及蓄电池组等单元之间存在如下“内阻抗”与“外阻抗”的关系：A.在电源治理期间，整流器与逆变器配合供电，此时整流器源端，而逆变器为载端，整流器的输出阻抗为源端内阻抗，逆变器的输入阻抗为载端外阻抗；B.充电（含浮充电）期间，充电器的输出阻抗为源端内阻抗，而串联蓄电池组的输入阻抗为载端外阻抗；C.逆变期间，蓄电池的输出阻抗为源端内阻抗，而逆变器的输入阻抗为载端外阻抗。
经验证明：电源工作于某种工况下，改变其内阻抗与外阻抗之间的数值关系则可找到“最大功率输出”点、“最佳工作效率”点和“最佳工作效果”点。因此，产品设计时应根据实际情况与需求，科学构建和调整各单元的内阻抗与外阻抗参数，应根据对电路特点的评估给出在某种环境下单元参数随时间发生变化或漂移的参考曲线，且应尽量保证源端参数变化的参考曲线与载端参数变化的参考曲线相拟合或十分相近。ISPS-TX主机内各单元参数的设计满足以下条件：
- 整流器输出阻抗与逆变器输入阻抗的构造兼顾了最大输出功率和最佳输出效率，并能保证二者参数的漂移和变化曲线接近一致。
- 充电器单元对应于初充、中间充和浮充三个阶段的不同工况构建了不同的自适应输出参数模型，最大限度地自适应各规格标配蓄电池组在三个充电阶段的输入参数，根据基于经验的、标配的、串联蓄电池组参数随时间变化的模拟曲线，科学设计和构建充电器跟踪串联蓄电池组参数漂移的参考曲线，保证充电器参数漂移曲线最大限度地与蓄电池参数漂移曲线相接近。
- 逆变器输入参数能自动适应整流器输出阻抗和蓄电池组输出阻抗，即在“整流-逆变”工况下能自动适应整流器的输出参数，而在应急逆变工况下又能自动适应串联蓄电池组的输出参数。
2.6 完善的系统配置
2.6.1 蓄电池保护与监测
ISPS-TX系统配置的蓄电池自动维护和蓄电池在线保护装置，能自动抑制蓄电池在线温度，减缓蓄电池参数漂移，从而延长蓄电池寿命；所配置的蓄电池漏液侦测功能，可提早侦测出电池的漏液并告警，避免因蓄电池漏液引起事故；所配置的蓄电池能量输出与输入记忆功能，可以根据在线工况自动开启自动维护功能，还可以根据负载情况，自动调整放电终止电压。以上各功能均可以大大延长蓄电池使用寿命。
2.6.2 外电源监测
ISPS-TX系统配置了外电源监测模块，能根据外电源的参数变化特征判定外电源变化趋势，从而确定主机进入外电源治理状态或应急切换状态。
2.6.3 友好连接的软投切功能
当外电源由市电转为发电机组供电时，发电机突然启动承载负荷，而负荷瞬间突加于发电机，即可导致负荷侧电压突变，也可导致发电机启动失速（启动瞬间被突加负载所致）而不能正常启动。而ISPS-TX所配软投切功能则既能保证负荷端电压不产生波动，又保证发电机启动瞬间不受负荷冲击，能保证发电机与负荷间实现友好、无缝、稳定地连接，从而确保发电机组保持正常、安全运行，能延长发电机组使用寿命。
2.7 系统通信功能
ISPS-TX电源具有RS232、RS485等通信接口供选择，可以直接通过网络或动力环境采集，对ISPS-TX电源实现远程集中监控，可远程查看ISPS-TX电源运行的各项参数和事件的记录，并可进行实时监测。
3 ISPS-TX的主要优势
ISPS电源在市电正常情况下，效率可达98%以上，且低功耗，发热少，无谐波，无须增设有源滤波器和精密空调，节电节资，节省占地，绿色环保。
4、结语
ISPS-TX电源能成功解决日常运行中行车信号掉码问题，为信号系统不间断供电和供电管理实现自动化，信息化，标准化提供可靠的电力支持与保障。
