鐵路通信網(wǎng)中通信電源故障的分析與維護(hù)

練國(guó)元（中國(guó)鐵路通信信號(hào)上海工程局集團(tuán)有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510663）

0 引 言

對(duì)于鐵路通信來(lái)說(shuō)，安全穩(wěn)定地發(fā)揮其應(yīng)有的作用，是確保整個(gè)鐵路系統(tǒng)有效運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵。在鐵路通信系統(tǒng)中，電源類故障一直是比較常見(jiàn)和需要認(rèn)真解決的重點(diǎn)問(wèn)題。實(shí)際工作中已經(jīng)形成了一套切實(shí)可行的分析和維護(hù)方法，而這些故障分析和設(shè)備維護(hù)的具體方法需要持續(xù)更新，以滿足技術(shù)發(fā)展的需要。本文從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際角度出發(fā)，對(duì)鐵路通信電源常見(jiàn)故障及其維護(hù)進(jìn)行研究分析。

1 鐵路通信網(wǎng)電源故障概述

眾所周知，鐵路通信是確保鐵路系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)輸?shù)幕颈Ｕ象w系的重要組成，是實(shí)現(xiàn)鐵路體系信息化建設(shè)的前提條件，也是鐵路運(yùn)營(yíng)實(shí)現(xiàn)集中調(diào)度指揮的基礎(chǔ)手段。作為鐵路通信系統(tǒng)最根本的保障設(shè)備，通信電源在整個(gè)通信系統(tǒng)的正常運(yùn)營(yíng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。不但要提供整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)所需的能源保障，還是所有控制信息和信號(hào)得以形成的源頭。無(wú)論是交流電還是直流電，在電壓、電流以及頻率等方面的穩(wěn)定性直接影響設(shè)備的使用效率[1]。當(dāng)前，我國(guó)正在大力發(fā)展高鐵、客專等快速鐵路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要，而通信電源系統(tǒng)發(fā)揮的作用更是得到了充分肯定。目前，鐵路通信系統(tǒng)對(duì)其電源的要求向多個(gè)趨勢(shì)發(fā)展，其具體表現(xiàn)在高效穩(wěn)定、模塊智能、自動(dòng)多組以及集中監(jiān)控等一系列具體要求上。同時(shí)，故障檢測(cè)分析與維護(hù)方式與以往相比也有了較大變化，正在嘗試借助更多智能化工具和手段，對(duì)故障排除的效率提出了更高標(biāo)準(zhǔn)?；诖?，現(xiàn)代化的鐵路通信電源故障分析和維護(hù)有了更多更高的要求。

2 鐵路通信電源故障的分析與維護(hù)

鐵路通信系統(tǒng)中，電源系統(tǒng)的組成主要包括直流供電系統(tǒng)、交流供電系統(tǒng)、監(jiān)控單元以及整流模塊等。在具體實(shí)踐中，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)通信電源故障分析的主要手段主要是定位故障點(diǎn)，然后編制具體的維修方案，形成一套切實(shí)的故障分析與維護(hù)方案。

3 鐵路通信電源故障的處理及解決方法

當(dāng)鐵路通信電源發(fā)生故障時(shí)，先要利用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控（如動(dòng)環(huán)）和故障現(xiàn)象進(jìn)行故障性質(zhì)、內(nèi)容和影響的分析，其排故順序先是外部供電系統(tǒng)，然后到列車通信電源的分析判斷。故障排除通常使用排除法逐個(gè)篩查潛在的故障點(diǎn)，再依次排除通信系統(tǒng)中的線路連接問(wèn)題或單板故障等情況。

3.1 告警及性能分析法

告警信息是進(jìn)行故障檢測(cè)的最直接手段。通過(guò)檢查現(xiàn)場(chǎng)電源設(shè)備各種運(yùn)行燈和告警信息等，利用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理系統(tǒng)查詢供電系統(tǒng)所有告警以及性能的當(dāng)前及歷史數(shù)據(jù)，從而得到設(shè)備所有的故障內(nèi)容，包括告警信息、告警類型、告警時(shí)間、告警歷史記錄以及系統(tǒng)性能數(shù)值等。通過(guò)這些方法可以對(duì)故障情況進(jìn)行初步了解和定位。

3.2 故障觀察法

故障觀察法是對(duì)電源故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位的一種最常用的有效方法。該方法通過(guò)對(duì)故障現(xiàn)象的觀察，確定具體的故障部位，不對(duì)各種告警信息和數(shù)據(jù)分析形成過(guò)度的依賴。一些故障告警監(jiān)測(cè)軟件因?yàn)樵O(shè)計(jì)的合理性問(wèn)題，導(dǎo)致其對(duì)一些電源故障難以進(jìn)行有效判斷，其信息存在一定的不準(zhǔn)確性。此時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)故障情況進(jìn)行觀察成為必不可少的檢測(cè)手段。該檢測(cè)方法要做到快速準(zhǔn)確，需要檢修人員積累豐富的經(jīng)驗(yàn)，能夠準(zhǔn)確獲取關(guān)鍵信息，進(jìn)而做出應(yīng)有的排故決策。如果缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)或者遇到一些較為復(fù)雜的故障問(wèn)題，僅憑觀察難以斷定具體的故障問(wèn)題，需要配合其他排故方法進(jìn)行相應(yīng)處理。

3.3 儀表檢測(cè)法

對(duì)于電源而言，輸出形式是運(yùn)行穩(wěn)定性的直接標(biāo)準(zhǔn)。如果輸出的電壓、電流以及功率等不能滿足設(shè)定要求，可以對(duì)其故障進(jìn)行判斷。為此，需要一些檢測(cè)的儀表設(shè)備，包括萬(wàn)用表、示波器等檢測(cè)工具。

3.4 功能模塊替換法

為提高檢修的快速性，確保故障在最短時(shí)間恢復(fù)，通常直接替換功能模塊。具體來(lái)說(shuō)，將故障模塊直接換成一個(gè)備用的正常模塊，使得供電功能馬上恢復(fù)，然后再對(duì)故障模塊進(jìn)行修理。隨著模塊化程度的日益強(qiáng)化，這種采用功能模塊進(jìn)行替換的方式已經(jīng)得到較大范圍的使用。

4 鐵路通信電源常見(jiàn)故障及其處理

按照鐵路通信電源系統(tǒng)的構(gòu)成，常見(jiàn)的故障問(wèn)題主要發(fā)生在交流配電單元、直流配電單元等部位[2]。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，故障處理的具體措施因不同的故障單元而不同。

4.1 交流配電單元故障及其處理

4.1.1 防雷器單元故障及處理

防雷設(shè)計(jì)對(duì)于鐵路通信網(wǎng)建設(shè)有著極為重要的功能。作為其正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，它遭到雷擊后可以有效保護(hù)其他設(shè)備不受影響。防雷器主要包括4個(gè)單元，其中3個(gè)單元可以顯示運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)防雷單元屏幕顏色顯示綠色時(shí)，說(shuō)明其處于完好的狀態(tài)；如果防雷單元屏幕顯示紅色，則說(shuō)明該防雷單元已經(jīng)遭雷擊損壞，必須盡快更換模塊。

4.1.2 交流輸入缺相故障及處理

如果監(jiān)控單元發(fā)出交流輸入產(chǎn)生缺相告警，需要對(duì)其進(jìn)行確認(rèn)。若告警確實(shí)由缺相引起，則不需要特別處理，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行處理；如果交流并未發(fā)生缺相，則問(wèn)題來(lái)自檢測(cè)系統(tǒng)，則可能發(fā)生的故障部位是交流變送器。具體的處理可以使用萬(wàn)用表對(duì)變送器輸出端子進(jìn)行測(cè)量，確定其是否存在3 V電壓。如果其中一個(gè)端子沒(méi)有該電壓，則交流變送器已經(jīng)發(fā)生損壞，需及時(shí)更換。

4.1.3 交流停電故障及處理

如果通信電源的整流模塊發(fā)生斷電停機(jī)問(wèn)題，監(jiān)控單元正在使用蓄電池進(jìn)行供電，此時(shí)要特別關(guān)注蓄電池所釋放的電流大小和波形，同時(shí)啟動(dòng)備用供電設(shè)備，一般采用發(fā)電機(jī)作為備用手段。停機(jī)復(fù)電后，要對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，注意其充電的電流狀態(tài)，確保其在安全可控的范圍。

4.2 直流配電單元故障處理

4.2.1 監(jiān)控單元故障告警

對(duì)于直流配電單元故障，一般是基于監(jiān)控單元的告警信息判斷故障情況。通常，告警信息表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是正常的告警情況，直流斷路器斷開(kāi)就會(huì)發(fā)生告警，基本不需要進(jìn)行處理；二是斷路器并未斷開(kāi)但監(jiān)控單元仍然發(fā)出告警，原因是檢測(cè)線發(fā)生斷開(kāi)，可以針對(duì)檢測(cè)線進(jìn)行連通性能檢查，以排除相應(yīng)的故障問(wèn)題。

4.2.2 直流斷路器故障

鐵路通信電源采用蓄電池進(jìn)行下電保護(hù)，需要用到直流斷路器，其觸點(diǎn)處于常閉狀態(tài)。如果該斷路器接收到斷開(kāi)信號(hào)卻無(wú)法有效斷開(kāi)，可以判斷斷路器已發(fā)生故障，需要及時(shí)進(jìn)行更換，以確保供電安全。

4.2.3 整流器故障

整流器發(fā)生故障會(huì)造成供電電流不穩(wěn)，可以利用萬(wàn)用表對(duì)輸入的交流電壓進(jìn)行檢測(cè)，觀察其能否滿足正常標(biāo)準(zhǔn)。如檢測(cè)到交流電壓出現(xiàn)不正常情況，原因通常有兩個(gè)[2]：一是整流器工作在保護(hù)狀態(tài)，只需歸位啟動(dòng)即可；二是整流器發(fā)生故障，需要及時(shí)進(jìn)行更換。

4.2.4 輸出電壓告警

當(dāng)直流輸出高壓告警，則說(shuō)明輸出的電壓高于警戒值，該告警情況會(huì)在輸出電壓恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)值后停止。直流低壓告警表明該電源的輸出電壓輸出過(guò)低并低于警戒值，該告警信息在輸出直流電壓正常后會(huì)自動(dòng)停止。如果電壓正常告警信息仍然不停，說(shuō)明監(jiān)控軟件發(fā)生故障，可以通過(guò)檢查CSU內(nèi)的高壓告警、低壓告警以及HVSD內(nèi)的各相關(guān)參數(shù)的設(shè)置來(lái)確定SMR的準(zhǔn)確情況。如果錯(cuò)誤，只需對(duì)參數(shù)進(jìn)行更改并儲(chǔ)存即可恢復(fù)正常。

4.3 通信電源監(jiān)控單元故障處理

在整個(gè)鐵路通信網(wǎng)電源中，監(jiān)控單元是非常重要的組成部分，其內(nèi)置的智能化功能使得整個(gè)系統(tǒng)的故障監(jiān)控實(shí)現(xiàn)了信息化和自動(dòng)化處理功能。目前，比較廣泛采用的型號(hào)為CUC-09HM。該監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)整流模塊及電池組等的輸入輸出情況、電池放電、溫度、浮充電壓、溫度補(bǔ)償，并基于監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行告警和顯示。

4.3.1 溫度異常告警故障處理

蓄電池對(duì)溫度有較為嚴(yán)格的要求。如果溫度過(guò)高則會(huì)產(chǎn)生爆炸風(fēng)險(xiǎn)，需要對(duì)電池或工作環(huán)境的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。過(guò)溫告警是通過(guò)監(jiān)測(cè)蓄電池本身溫度或工作環(huán)境的溫度比對(duì)監(jiān)控單元設(shè)定的預(yù)警值，監(jiān)控單元會(huì)自動(dòng)進(jìn)行告警，以提醒工作人員采取必要的措施進(jìn)行處理。當(dāng)蓄電池或工作環(huán)境溫度逐漸下降到正常狀態(tài)后，告警會(huì)自動(dòng)停止。

4.3.2 蓄電池溫度過(guò)高故障處理

對(duì)于蓄電池非正常的溫度過(guò)高問(wèn)題，需檢查監(jiān)控單元告警設(shè)置是否正確，之后再檢查充電電流。如果充電電流過(guò)大，可以將均充調(diào)整為浮充方式，否則需要更換蓄電池。

5 直流遠(yuǎn)供電源系統(tǒng)在鐵路區(qū)間通信設(shè)備上的運(yùn)用

5.1 區(qū)間用電終端設(shè)備存在的情況：

目前，在鐵路通信系統(tǒng)中，區(qū)間用電終端設(shè)備存在以下幾個(gè)情況[3]：（1）為了盡可能地保證區(qū)間通信設(shè)備的供電穩(wěn)定性，通常需要考慮設(shè)置電纜物理徑路的冗余；（2）設(shè)備故障存在連帶性，區(qū)間某點(diǎn)電纜短路、開(kāi)路或者終端設(shè)備故障或者電源輸出端故障，通常會(huì)導(dǎo)致后續(xù)線路終端設(shè)備供電故障；（3）車間在維修天窗點(diǎn)安排人員多次排除故障進(jìn)行搶修；（4）區(qū)間存在電化干擾，影響設(shè)備使用壽命。以上現(xiàn)狀無(wú)論是在建設(shè)階段還是在維修階段，都會(huì)產(chǎn)生很大的工、料成本，且效率低。

5.2 直流遠(yuǎn)供電源系統(tǒng)主要解決的問(wèn)題

直流遠(yuǎn)供電源系統(tǒng)主要解決的問(wèn)題：（1）只需單物理徑路，減少建設(shè)投資成本；（2）提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，保證線路、設(shè)備故障等情況發(fā)生時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致后續(xù)線路系統(tǒng)設(shè)備故障；（3）實(shí)現(xiàn)故障隔離及定位，提高系統(tǒng)維修效率；（4）降低區(qū)間電化干擾，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

5.3 直流遠(yuǎn)供電源系統(tǒng)組網(wǎng)圖

供電系統(tǒng)由局端設(shè)備、遠(yuǎn)端設(shè)備、供電電纜、監(jiān)控設(shè)備等組成，如圖1所示。該系統(tǒng)由區(qū)間兩端的局端設(shè)備分別接取220 V或380 V交流電，升壓為400～800 V直流電，雙方向向區(qū)間并網(wǎng)供電，實(shí)現(xiàn)用2芯電纜完成一級(jí)負(fù)荷供電。區(qū)間用電點(diǎn)的遠(yuǎn)端設(shè)備將直流線路上的高壓直流電源逆變?yōu)橛秒娫O(shè)備所需的電源類型，為弱電設(shè)備供電。遠(yuǎn)端設(shè)備具有自動(dòng)配網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)故障隔離，在供電線路開(kāi)路、短路時(shí)能保證用電設(shè)備不停電。

圖1 R-UPS系統(tǒng)原理圖

5.4 直流遠(yuǎn)供電源系統(tǒng)帶來(lái)的便利

本系統(tǒng)自設(shè)架空平臺(tái)，具有性能管理、配置管理和故障管理，能識(shí)別系統(tǒng)設(shè)備、電纜等故障性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)故障定位，將信息實(shí)時(shí)上傳，告警。具體地，（1）日常巡測(cè)不需去現(xiàn)場(chǎng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控即可解決；（2）故障隔離不需要應(yīng)急處理；（3）故障定位，快速排查故障，降低故障延時(shí)；（4）死機(jī)遠(yuǎn)程重啟，無(wú)需去現(xiàn)場(chǎng)重啟；（5）自動(dòng)重合閘功能，免去現(xiàn)場(chǎng)合閘；（6）無(wú)需更換蓄電池。

6 結(jié) 論

綜上所述，鐵路通信網(wǎng)中，通信電源的工作穩(wěn)定性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作是最直接的關(guān)鍵影響因素，也是實(shí)際運(yùn)行中檢修和維護(hù)重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。目前，鐵路通信電源的供電體系和功能實(shí)現(xiàn)已經(jīng)與過(guò)去的電源保障有了巨大變化，實(shí)際的檢修標(biāo)準(zhǔn)和要求也有了較大調(diào)整，為此需要相關(guān)檢修人員不斷優(yōu)化檢修方式和方法，使用各種新的檢測(cè)方法和維修手段，快速恢復(fù)正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。這是最直接的檢修要求，也是未來(lái)最大化滿足列車運(yùn)行的根本需要。