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[摘 要]在铁路中，信号电源是其控制系统的重要组成部分，只有保证信号电源的安全、可靠与稳定，避免或减少外电网对信号的负面影响，才可真正实现铁路运营的安全有序。目前，为了提高信号电源的安全性与可靠性，行业内普遍做法就是采用铁路信号电源净化技术，用以应对和解决因外电网电源引发的各类问题。
[关键词]铁路；信号电源；净化技术；UPS
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）48-0055-01
引言
在铁路系统中，信号系统是确保铁路运输安全、提高行车安全效率的重要因素，如何通过维护信号电源的安全稳定来保证列车行车安全，已成为当前所有相关部门及人员需要探讨的问题。对此，我们可以从铁路信号电源净化原理入手，着重阐述信号电源净化技术的应用策略，为提高铁路信号电源屏的供电质量提供保障。
1铁路信号电源净化系统的工作原理
1.1 1+1热备冗余供电系统的工作原理及方式
1+1热备冗余供电系统主要依靠主UPS市电逆变供电，然后由备用的UPS作为逆变输出供给旁路。当1+1热备冗余供电系统时，如果没有UPS市电输入，就会利用电池进行供电。除此之外，在1+1热备冗余供电系统运行过程中，有时会遇到UPS市电因维修等原因无法正常供电的情况，这时就会使用备用UPS逆变供给给旁路来确保市电输入的稳定性。另外，如果主UPS市电以及备用UPS市电同时出现问题时，则会利用备用UPS电池逆变来实现正常供电。最后，一旦主UPS市电与备用UPS均出现问题并发生故障时，这时就必须通过维修旁路来实现供电，而相关维修人员也需要对主UPS以及备用UPS进行维修。在1+1热备冗余供电系统运行过程中，市电往往会先通过信号净化电源系统，这时不管是主路还是旁路工作，都可以为后端信号负载提供不间断、纯净、稳定的供电，使整个铁路信号系统供电正常。
1.2 1+1并机冗余供电系统的工作原理及方式
通常情况下，1+1并机冗余供电系统由两台UPS均分负载，并且在运行过程中同时工作。当输入掉电时，蓄电池会经过逆变单元来实现负载供电。在此期间不需要花费切换时间。另外，在这两台UPS均分负载时，如果其中的某一台出现故障，那么这一台UPS负载就会自动提出并机系统，之后由另一台UPS负载起到供电作用。值得注意的是，一旦并机系统出现故障，那么净化电源就会直接进行转换，并转到自动旁路中。在UPS维修拆除情况下，需要通过外置维修旁路供电。并机系统不管是在自动旁路还是维修旁路工作时，均是通过电源直供来进行供电。
1.3信号电源净化技术对电源工作影响分析
在铁路信号电源等比较特殊工作环境中，一般需要完善的电脑系统来进行工作，同时需要保证多台机器的正常运行，这样对于电源功率提出较高要求，同样电源的净化功率要求也随之提高。在大功率下电压输出难免出现干扰以及波动，净化电源在传统电源基础上改善了这一点。在电源净化技术中采用了高质量的电池逆变技术，电源净化技术增加的电池箱，其采用串联的方式进行连接，并且最终通过引线实现和主机的连接，这样省去了后备式电源的稳压部分。它是将外电源直接进行整流加在电池两端，逆变电路直接从电池提取能量输出稳定的220V交流电压。通常情况下，铁路净化电源的标准容量能够维系外电网停电后连续2小时左右的正常供电，如果电池容量大而负荷小，那么这一标准供电时间还可以增加。实际上，在这样的供电环境下，使用了净化电源的工作环境无需顾忌外电源波动和跳变，这是因为外电源正常时，净化电源装置直接输出，并给电池充电；当外电源不正常时，电池放电逆变输出，不会造成电源模块不工作，而且铁路有二路稳定的电源，2小時的后备时间是绝对安全可靠的。
2智能防雷配电柜
2.1.1智能防雷配电柜的组成
智能防雷配电柜，由两路电源输入开关电路、输入防雷单元、智能化电源质量监测单元、ATS双电源转换电路等部分组成。
2.1.2智能防雷配电箱功能
智能监测单元采用先进的触摸屏工控机作为人机管理界面，智能地对两路电源进行全面检测，当其中一路供电出现异常时快速地切换到另一路供电，并对外电网质量数据（谐波电气）、配电柜各输入、输出回路的通断状态、电压、电流、防雷设备状况等参数进行全面监测和智能分析，发现异常及时切换和声光报警。两路外电输入端安装的防雷单元为C级防雷，装有共模和差模浪涌保护器，有效防护外电网输入端雷电良涌；智能监测单元采集大屏幕工控机和本地显示操作系统，先进的人机操作界面，对所有的电气数据（输入电压/电流及电压/电流谐波、配电柜输入、输出回路的通断状态，输出电压/电流值，防雷设备状况，UPS电池温度、内阻、浮冲及电源系统故障等数据）实时监测，与信号集中监测系统联网，能高效的检查和监控电源系统的实时工作状态和告警记录等。ATS具有双电源自动和人工转换功能，在外电源跳变时，实现零切换的自动转换；在检修试验时，实现人工两路电源切换小于0.15秒。
2.2UPS工作原理及功能
UPS是一个多重保护的交流供电设备。当主电输入正常时，首先将主输入电整流变换成纯净的直流电，滤除主电中的各类谐波干扰成份，然后给蓄电池充电，同时输出纯交流主电；当主电输入异常时，则将蓄电池储存的直流逆变交流输出，保证用户负载（电源屏）的高质量的电源供电。（1）微处理器控制中心功能。微处理器将输入、输出、电池、环境等数据经高速运算，然后控制整流器、逆变器、静态开关的运行和保护并响应外部的操作指令。（2）整流和充电单元。主电输入检测电路将主电输入电压频率和相位信息送到微处理器进行运算，主电的电压、频率、相位在正常范围内时，微处理器送出整流控制信号，整流电压从0V缓慢的上升到额定电压，减小对输入的浪涌电流冲击。由于电池组和直流总线并联运行，整流器同时对电池进行充电：当电池电压低于浮充电压时，整流器工作在恒流模式，此时微处理器将电池的充电电流反馈和用户设置的电池容量信息进行计算控制；当电池充至浮充电压时，转为恒压充电模式。同时微处理器还根据电池的温度信息对电池进行温度补偿充电，还根据电池的使用情况对电池进行定时维护管理（当电池长时间没有充放电时，微处理器自动转为均充模式来激活电池的活性），以延长电池的使用寿命和减少用户的管理负担。（3）逆变器单元。在直流总线正常时，微处理器发出逆变控制信号，逆变电路通过SPWM驱动信号驱动逆变器逆变桥，经变压器隔离变压、滤波后，输出纯净的正弦交流电。逆变器通过调整驱动信号的脉冲宽度使输出电压从0V缓慢的上升到额定电压，通过输出反馈控制使输出稳定；同时检测输出电压、电流对逆变器进行保护。（4）自动和手动旁路单元。旁路电路即是将输入通过开关电路直接转换到输出供电。当逆变器关闭或故障时，微处理器高速控制静态开关自动切换到旁路供电，而不间断负载的供电。旁路电源可以和主电为同一组电源，也可以是不同的交流电。
结语
总之，铁路信号电源净化技术的合理运用，不仅可以有效解决因外电网电源质量问题引发的设备故障，同时还能大大降低因外电网波动跳变以及谐波干扰对电源屏工作的负面影响，维护整个信号电源系统的安全可靠。因此，需要有关单位要加强对这项技术的研究实践，进而为今后铁路建设提供参考。
参考文献
[1]邹波.信号电源净化技术研究与应用[J].铁道技术监督，2013，04：41-43.
[2]周汝明.改善信号供电电源质量的装置[J].铁道通信信号，2010，01：19-20.
[3]漫谈电源管理与电源净化[J].家庭影院技术，2005，03：39-44.
[4]邹波.信号电源净化技术研究与应用[J].铁道技术监督，2013，41（4）：41-43.
[5]钟卫国，ZhongWeiguo.关于铁路信号电源净化技术研究分析[J].电子测试，2017（16）.
[关键词]铁路；信号电源；净化技术；UPS
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）48-0055-01
引言
在铁路系统中，信号系统是确保铁路运输安全、提高行车安全效率的重要因素，如何通过维护信号电源的安全稳定来保证列车行车安全，已成为当前所有相关部门及人员需要探讨的问题。对此，我们可以从铁路信号电源净化原理入手，着重阐述信号电源净化技术的应用策略，为提高铁路信号电源屏的供电质量提供保障。
1铁路信号电源净化系统的工作原理
1.1 1+1热备冗余供电系统的工作原理及方式
1+1热备冗余供电系统主要依靠主UPS市电逆变供电，然后由备用的UPS作为逆变输出供给旁路。当1+1热备冗余供电系统时，如果没有UPS市电输入，就会利用电池进行供电。除此之外，在1+1热备冗余供电系统运行过程中，有时会遇到UPS市电因维修等原因无法正常供电的情况，这时就会使用备用UPS逆变供给给旁路来确保市电输入的稳定性。另外，如果主UPS市电以及备用UPS市电同时出现问题时，则会利用备用UPS电池逆变来实现正常供电。最后，一旦主UPS市电与备用UPS均出现问题并发生故障时，这时就必须通过维修旁路来实现供电，而相关维修人员也需要对主UPS以及备用UPS进行维修。在1+1热备冗余供电系统运行过程中，市电往往会先通过信号净化电源系统，这时不管是主路还是旁路工作，都可以为后端信号负载提供不间断、纯净、稳定的供电，使整个铁路信号系统供电正常。
1.2 1+1并机冗余供电系统的工作原理及方式
通常情况下，1+1并机冗余供电系统由两台UPS均分负载，并且在运行过程中同时工作。当输入掉电时，蓄电池会经过逆变单元来实现负载供电。在此期间不需要花费切换时间。另外，在这两台UPS均分负载时，如果其中的某一台出现故障，那么这一台UPS负载就会自动提出并机系统，之后由另一台UPS负载起到供电作用。值得注意的是，一旦并机系统出现故障，那么净化电源就会直接进行转换，并转到自动旁路中。在UPS维修拆除情况下，需要通过外置维修旁路供电。并机系统不管是在自动旁路还是维修旁路工作时，均是通过电源直供来进行供电。
1.3信号电源净化技术对电源工作影响分析
在铁路信号电源等比较特殊工作环境中，一般需要完善的电脑系统来进行工作，同时需要保证多台机器的正常运行，这样对于电源功率提出较高要求，同样电源的净化功率要求也随之提高。在大功率下电压输出难免出现干扰以及波动，净化电源在传统电源基础上改善了这一点。在电源净化技术中采用了高质量的电池逆变技术，电源净化技术增加的电池箱，其采用串联的方式进行连接，并且最终通过引线实现和主机的连接，这样省去了后备式电源的稳压部分。它是将外电源直接进行整流加在电池两端，逆变电路直接从电池提取能量输出稳定的220V交流电压。通常情况下，铁路净化电源的标准容量能够维系外电网停电后连续2小时左右的正常供电，如果电池容量大而负荷小，那么这一标准供电时间还可以增加。实际上，在这样的供电环境下，使用了净化电源的工作环境无需顾忌外电源波动和跳变，这是因为外电源正常时，净化电源装置直接输出，并给电池充电；当外电源不正常时，电池放电逆变输出，不会造成电源模块不工作，而且铁路有二路稳定的电源，2小時的后备时间是绝对安全可靠的。
2智能防雷配电柜
2.1.1智能防雷配电柜的组成
智能防雷配电柜，由两路电源输入开关电路、输入防雷单元、智能化电源质量监测单元、ATS双电源转换电路等部分组成。
2.1.2智能防雷配电箱功能
智能监测单元采用先进的触摸屏工控机作为人机管理界面，智能地对两路电源进行全面检测，当其中一路供电出现异常时快速地切换到另一路供电，并对外电网质量数据（谐波电气）、配电柜各输入、输出回路的通断状态、电压、电流、防雷设备状况等参数进行全面监测和智能分析，发现异常及时切换和声光报警。两路外电输入端安装的防雷单元为C级防雷，装有共模和差模浪涌保护器，有效防护外电网输入端雷电良涌；智能监测单元采集大屏幕工控机和本地显示操作系统，先进的人机操作界面，对所有的电气数据（输入电压/电流及电压/电流谐波、配电柜输入、输出回路的通断状态，输出电压/电流值，防雷设备状况，UPS电池温度、内阻、浮冲及电源系统故障等数据）实时监测，与信号集中监测系统联网，能高效的检查和监控电源系统的实时工作状态和告警记录等。ATS具有双电源自动和人工转换功能，在外电源跳变时，实现零切换的自动转换；在检修试验时，实现人工两路电源切换小于0.15秒。
2.2UPS工作原理及功能
UPS是一个多重保护的交流供电设备。当主电输入正常时，首先将主输入电整流变换成纯净的直流电，滤除主电中的各类谐波干扰成份，然后给蓄电池充电，同时输出纯交流主电；当主电输入异常时，则将蓄电池储存的直流逆变交流输出，保证用户负载（电源屏）的高质量的电源供电。（1）微处理器控制中心功能。微处理器将输入、输出、电池、环境等数据经高速运算，然后控制整流器、逆变器、静态开关的运行和保护并响应外部的操作指令。（2）整流和充电单元。主电输入检测电路将主电输入电压频率和相位信息送到微处理器进行运算，主电的电压、频率、相位在正常范围内时，微处理器送出整流控制信号，整流电压从0V缓慢的上升到额定电压，减小对输入的浪涌电流冲击。由于电池组和直流总线并联运行，整流器同时对电池进行充电：当电池电压低于浮充电压时，整流器工作在恒流模式，此时微处理器将电池的充电电流反馈和用户设置的电池容量信息进行计算控制；当电池充至浮充电压时，转为恒压充电模式。同时微处理器还根据电池的温度信息对电池进行温度补偿充电，还根据电池的使用情况对电池进行定时维护管理（当电池长时间没有充放电时，微处理器自动转为均充模式来激活电池的活性），以延长电池的使用寿命和减少用户的管理负担。（3）逆变器单元。在直流总线正常时，微处理器发出逆变控制信号，逆变电路通过SPWM驱动信号驱动逆变器逆变桥，经变压器隔离变压、滤波后，输出纯净的正弦交流电。逆变器通过调整驱动信号的脉冲宽度使输出电压从0V缓慢的上升到额定电压，通过输出反馈控制使输出稳定；同时检测输出电压、电流对逆变器进行保护。（4）自动和手动旁路单元。旁路电路即是将输入通过开关电路直接转换到输出供电。当逆变器关闭或故障时，微处理器高速控制静态开关自动切换到旁路供电，而不间断负载的供电。旁路电源可以和主电为同一组电源，也可以是不同的交流电。
结语
总之，铁路信号电源净化技术的合理运用，不仅可以有效解决因外电网电源质量问题引发的设备故障，同时还能大大降低因外电网波动跳变以及谐波干扰对电源屏工作的负面影响，维护整个信号电源系统的安全可靠。因此，需要有关单位要加强对这项技术的研究实践，进而为今后铁路建设提供参考。
参考文献
[1]邹波.信号电源净化技术研究与应用[J].铁道技术监督，2013，04：41-43.
[2]周汝明.改善信号供电电源质量的装置[J].铁道通信信号，2010，01：19-20.
[3]漫谈电源管理与电源净化[J].家庭影院技术，2005，03：39-44.
[4]邹波.信号电源净化技术研究与应用[J].铁道技术监督，2013，41（4）：41-43.
[5]钟卫国，ZhongWeiguo.关于铁路信号电源净化技术研究分析[J].电子测试，2017（16）.