智能电源屏讲课

6.5
电源屏主要功能
电源类型
信号点灯电源 道岔表示电源 轨道电源 局部电源 AC220V， AC220V，
常见功耗
3-20A 3-5A
供电负载
信号机等 道岔表示器等 轨道电路 轨道电路
AC220V/25Hz， 1.2kVA AC110V/25Hz， 0.8kVA
直流转辙机电源
继电器电源
DC220V，
9.5
信号电源屏概述及现状－回顾
智能电源屏先进之处其二，随着计算机 领域技术的飞速发展，智能监控也被引入 铁路信号电源领域，将模块化电力电子技 术与智能监控技术结合在一起，使电源屏 成为能实时监测、报警、记录和故障定位 功能的供电设备，在铁路信号领域的应用 也越来越广泛。
9.6
智能电源屏特点 • 与传统的电源相比，开关电源具有体积小、重 量轻、节能、功率因素高、便于集中监控、噪 声小和扩容容易、调试简单等优点。 开关电源的调整管处于开关状态，输入电压或 负载变化使输出电压波动时，通过改变控制信 号的脉冲宽度来改变调整管的导通时间，使输 出电压保持稳定。
23.17
监控原理－实时测量
显 示 内 容 备 注 系统状态分为： 系统输入故障、 空气开关故障、 模块故障、正常。
系统
系统型号、系统状态、 公司名：（如“北京鼎汉技术有限公司”）
系统输入
第一路A相电压、第一路B相电压、第一路C相电压、 第二路 A相电压、第二路B相电压、第二路C相电压、 根据供电方式决定 第一路A相电流、第一路B相电流、第一路C相电流、 显示单相或三 第二路A相电流、第二路B相电流、第二路C相电流、交流接 相电压、电流。 触器KM1、KM2、KM3、KM4的状态 信号机点灯电源、道岔表示电源、稳压备用电源、表示灯电 源、闪光灯电源、轨道电源、轨道电源频率、局部电源、 局部超前轨道相位、直流转辙机电源、继电器电源、半 自动闭塞电源等 信号机点灯电源、 道岔表示电源、 稳压备用电源、 表示灯电源、 闪光灯电源、 轨道电源、 轨道电源频率、 局部电源、 局部超前轨道相位、 直流转辙机电源、 继电器电源、 半自动闭塞电源等 根据模块配置显示 对应信息
交流转辙机 联锁计算机 区间闭塞用 报警熔丝
灯丝报警电源
TDCS电源 CTC电源
AC220V，
AC220V， AC220V，
1A/
5A 5A
DC24V， 5A
报警灯丝
TDCS CTC
表示灯电源
闪光灯电源 电码化电源
AC220V/AC24V，
AC220V/AC24V， AC220V/DC24V，
1-5A
L Ⅰ路输入 2 2 0 V /3 8 0 V
Q F1
KM 1
Ⅱ路输入 2 2 0 V /3 8 0 V
L
QF2
KM 2
模块 输出
K2 K1
模块
5.2
5.3
直流模块输入输出特性
目前铁路信号领域主要有DC24V系统、DC24-60V系统、DC220V系 统、AC110V（25Hz）、AC220V（25Hz）、AC220V（50Hz）、 AC380V等 直流模块： • 采用高频开关电源技术； • 采用自冷散热方式，长寿命设计； • 采用一体化输入输出及通讯端口，可带电拔插，维护方便； • 采用PFC技术，功率因数大于0.99； • 采用低压差自主均流技术，多模块并机运行时，具有理想的均流 性能； • 设置短路回缩特性，即使模块处于长期短路状态也不致损坏； • 完善的故障保护及告警功能，包括输入过/欠压、输出过/欠压、 过热等； • 设有CPU监控板，可与系统监控模块通信。
23.15
监控原理
监控单元机箱背面插座定义说明： 输出1-输出7：1-7号继电器的输出干接点； 串口1：RS485/RS422接口，连接后台主机； 串口2：RS232 接口，连接后台主机； 串口3：连接MODEM； 串口4：RS485/RS422 接口，连接配电监控板； 串口5：RS485/RS422 接口，连接其他智能设备； 串口6：RS485/RS422 接口，连接模块； 串口7：RS485/RS422 接口，连接其他智能设备。 MODEM（+ -）：给外接MODEM 电源接口； 电话口： 电话线输入口； 4芯口： 20-40VDC电源输入。
23.2
监控原理
实时监测 系统的输入输出参数、运行状态 故障自诊断 故障定位、故障信息记录、声光告警
故障回叫
自动回叫预设的固定电话、手机、呼机 环境量监测 温度、烟雾、水浸、门禁
一台监控主机可同时监控255台电源
23.8
串口3
串口2
串口1
告警接点输出
电话插座 串口5
串口4
串口7 串口6
Ⅰ路输入 2 2 0 V /3 8 0 V
L
Q F2
KM1
KM2
模块 输出 模块
KM4
Ⅱ路输入 2 2 0 V /3 8 0 V
L
Q F3 KM3
5.1
输入切换及配电原理
“Y”型切换原理 QF1～QF2为手动转换开关，KM1、KM2为交流接触器，KM1、KM2具 有电气和机械互锁特性。 正常供电的情况下，KM1吸合，KM2断开，由第一路输入给后续模块供 电。在第一路输入不正常时，KM1断开，KM2吸合，由第二路输入给后续模块 供电。在KM1、KM2切换的过程中，模块输入端由于交流接触器的切换有短时 间的断电，但因为电源模块在设计时采用了PFC技术，使得模块具有短时的记 忆存储功能，保证了模块的对外输出不间断。 在切换系统故障时直供开关K1、K2可以实现第一路输入或第二路输入直 供供电。 在运基信号2005〔458〕号《铁路信号智能电源屏技术条件》（暂行） 规定新电源屏采用此方案。
•
9.7
智能电源屏特点 • 调整管导通时，其压降近似于零，调整管关断 时，流过的电流近似于零，功耗非常小，所以 效率很高，可达90%以上。而同功能的线性稳 压器或相控稳压电源效率只有35%和70%，且 体积要大得多。 开关电源功率因数一般大于0.92，对公共电网 不会造成污染，无噪声，可与计算机组合成智 能化电源系统，便于扩容和维护等。
•
9.9
稳定性－－系统外形图
10kVA综合系统
交流输入
监控模块
电源模块
输出配电
区间提速屏
交流屏
直流屏
20.13
电源屏的特点
随着电力电子和控制技术的发展，信号智能电源屏逐步向智能化、网络化、 模块化方向发展。铁路信号智能电源屏具有如下功能及特点： 网络化设计 可远程监控和集中监测组网，最终实现信号电源的无人值守。 智能化设计 可实时监测系统的工作状态，故障及时显示和告警，并具有故障记忆功能。 模块化设计 实现系统的免维修，少维护。 超宽的工作电压范围 要求适应中国电网波动较大的实际情况。 独特的输入切换 两路交流输入可自动切换，切换时间小于150ms。 "N＋M”热机备份 各电源模块采用"N＋M”方式热机备份。 热插拔 电源模块采用无损伤热插拔技术，在线更换时间小于3min。 高效率 整机效率大于85％，整流模块的效率大于90%。 安全可靠 系统设计符合国际安全标准-EN60950。
23.14
监控原理
监控单元机箱前面板说明： 功能键：F1，F2，F3，F4，用来进行如上页、菜单、 帮助、下页等操作； 数字键：选择菜单或进行参数输入； 确认键：进行参数确认； 电源灯：当系统加电时，绿灯亮； 告警灯：当系统有故障时，红灯亮； 复位键：在进行维护级设置后或其他异常情况可用 复位键使系统重新启动。
1.1
电源屏主要功能
铁路信号智能电源屏专门为铁路信号设备供电的装置，信 号负载电源类型主要有信号点灯电源、道岔表示电源、轨 道电路电源、局部电源、直流转辙机电源、继电器电源、 微机监测电源、交流转辙机电源、计算机联锁电源、闭塞 电源/半自动闭塞电源、熔丝报警电源、灯丝报警电源、 TDCS电源、CTC电源、表示灯电源、闪光灯电源、电码 化电源等
•
9.8
智能电源屏特点 • • 采用智能监控技术，能进行实时监测、报警、 记录和故障定位，减少事故的发生。 智能监控系统可以实时记录电源屏的各运行参 数，也可以通过远程操作实现对电源的遥调、 遥测和遥信。 进入21世纪后，智能型铁路电源屏的研制和使 用有了更长足的发展，有效地提高了电源质量， 提高了劳动生产率，实现了部分车站电源系统 的无人值守管理，初步适应了现代信号设备发 展的要求
DC24V，
16A
16A、20A等
直流转辙机
站内或区间继电器
微机监测电源
交流转辙机电源 计算机联锁电源 闭塞/半自动闭塞电源 熔丝报警电源
AC220V，
AC380V， AC220V， DC24V， AC220V， 1A/
5A
15A，23A，45A 10-15A 2A/每路 DC24V， 5A
wenku.baidu.com监测计算机
信号电源屏概述及现状－回顾
智能电源屏先进之处其一，采用高频开关电 源技术。以开关方式工作的电源最早出现在60年 代，1974年研制成了工作频率达到20kHz的开关电 源，开创了电源历史上一个崭新的里程碑。1976 年，美国硅通用公司首次生产出世界上第一片集 成脉宽调制器，使开关电源的控制器得到简化， 系统的可靠性也大为增强。现在，由于器件水平、 新型材料以及先进电路结构的不断出现，开关电 源的工作频率已经达到了MHz以上，功率密度已超 过了100W/立方英寸，满负荷效率大于90%。开关 电源逐渐被广泛应用于生产生活的各个领域，包 括铁路信号电源领域。
1-5A 100-150A
表示灯
闪光灯 电码化发送盒等
系统工作原理
铁路信号智能电源屏主要包括配电、 模块、防雷、监控等几大部分。 系统由外电网输入两路市电，经输入 配电后两路同时或其中一路进入电源 模块进行稳压及变换处理，处理后的 电压再经过适当的转换变换为能直接 为信号设备供电的洁净电源，通过输 出端子为负载供电。 在系统工作过程中监控模块始终对系 统各参数进行监控，如有异常即发出 警报。当发生雷电危害时，防雷单元 泻放过大的电流，保护电源设备。
26.9
交流模块输入输出特性
目前铁路信号领域主要有DC24V系统、DC24-60V系统、DC220V系 统、AC110V（25Hz）、AC220V（25Hz）、AC220V（50Hz）、 AC380V等
• • • • • • • •
交流模块： 采用高频SPWM开关电源技术； 采用自冷散热方式，长寿命设计； 采用一体化输入输出及通讯端口，可带电拔插，维护方便； 采用PFC技术，功率因数大于0.99； 设有两个模块的主备互锁电路； ； 设置短路回缩特性，即使模块处于长期短路状态也不致损坏； 故障保护及告警功能，输入过/欠压、输出过/欠压、过热等； 设有CPU监控板，可与系统监控模块通信。
26.10
模块工作原理框图
PFC主电路
+
交流输入
直流输出
~
EMI滤波 全桥整流
-
*
+
高频整流 DC/DC主电路
输出滤波
PFC驱动
PWM驱动
过压、过流保护
PFC控制
PWM控制
均流控制
检测放大
模块监控
RS485 监控模块
26.11
监控原理
23.1
监控方案
三级集散式监控方案
输入输出 配电监控 单元
RS232/RS485/MODEM RS485 监控模块 模块 监控单元 嵌入式实时操作系统， 故障或上电时自动复位启机 集中监控
随着铁路跨越式发展的深入推进， 作为国民经济大动脉的铁路，在国民经 济迅速增长过程中发挥着十分重要的作 用，如何进一步提供稳定、可靠的信号 电源，已成为促进铁路跨越式发展深入、 稳步推进的有力保证。 智能型铁路信号电源集综合化、模 块化、智能化、网络化控制，满足了日 益发展的铁路信号系统的供电需求，已 逐步取代传统的电源设备。
6.1
6.3
输入切换及配电原理
根据铁标要求，两路交流电切换时间要求保证在150ms以内，典型的切换方 式常见有“H”型切换和“Y”型切换两类。 “H”型切换原理 “H”型切换原理如图： QF2～QF3为手动转换开关，KM1～KM4为交流接触器，KM1、KM2和KM3、 KM4分别具有电气和机械互锁特性，接触器的切换构成“H”型切换方式。 正常供电的情况下，上图中的KM1和KM3 吸合，KM2和KM4断开，两路输入 分别给互为主备的一组模块供电；在第一路输入不正常时，KM1断开，KM2吸合 ，KM3、KM4保持不动作，这样由第二路输入给两个模块供电；相反的，在第二 路输入不正常时KM3断开，KM4吸合，KM1、KM2保持不动作，这样由第一路输 入给两个模块供电。 这种方案不但可以确保切换单元工作的可靠、更换、检修方便，同时，也可以 保证整个电源系统到模块级不间断供电。
23.16
监控原理
PSM-C监控模块以Intel公司嵌入式CPU为主控器， 以RTOS（实时多任务操作系统）为系统平台，具 有如下特点： 1.全汉字显示，具有强大的在线帮助功能； 2.可接上级监控中心，组成电源集中监控系统； 3.通过声光报警和显示屏提供各种工作状态、故障 类型和故障部位指示； 4.可存储多达100条历史告警记录。