铁路通信电源的现状及发展

吕以巽
　　铁路通信电源是铁路通信设备行的“心脏”。它是构成各种通信手段必不可少的组成部分，对确保通信质量具有重要的影响，因为通信设备发生故障是局部的，而通信电源的故障，影响面会更大。铁路通信系统的故障，不仅影响公务联络，更严重的是会影响列车运行，造成国民经济的重大损失。因此铁路通信电源历来受到有关部门的重视，铁道部先后制定了有关通信电源的技术要求和相关设计规范，并加强了技术管理；系统和设备随着技术的进步不断完善和提高，现将铁路通信电源系统及特点介绍如下。

　　铁路通信电源是独立的供电系统，由外供交流供电系统和直流供电系统构成。其外供交流电源由两部分组成：其一是从铁路地区变、配电所、铁路专用专盘专线电源、电力贯通线电源、自动闭塞电力线电源及地方电源接引的外供交流电源；其二是指自备发电电源。

　　在铁路沿线，每隔一般为40-60km设置的10KV配电所，用于为自动闭塞电力线路和电力贯通线供电。

　　在铁路干线、运输较繁忙的支线无能建有电力贯通线路；在自动闭塞区段除建有电力贯通线外，还建有自动闭塞电力线路。自动闭塞电力线路是为铁路自动闭塞信号设备供电的专用电源，铁路中间站的通信设备也由此供电。

　　电力贯通线路为沿线各车站与行车有关的小容量负荷的主供电源，是自动闭塞线路供电的备用电源。

　　铁路通信网分枢纽及以上通信设备均被列为一级负荷；分枢纽以下电源室和中间站通信机械室为二级负荷。

　　一级负荷的供电标准是：从两个不同的变电所各引一路或从不同的母线段引出两路供电。因此分枢纽及以上通信设备是由两路可靠交流电源供电的；分枢纽以下由一路可靠交流电源供电，当其附近有第二路交流电源时，采用两路交流电源供电。

　　铁路通信自备发电电源一般采用油机发电机组，对满足日照要求或风速要求的地区，采用太阳能或风力发展电源作为备用电源也是一种可行的方案，但其一次性投资较高。

　　自备交流发电机组，随着技术的进步，目前均采用具有自动投入，自动撤出，自动补给性能的设备，此外还必须具有标准化接口和通信协议，以完成其遥信、遥测和遥控功能，达到少人维护、无人值守的目的。

　　自备发电机组的设置是保证对通信设备不间断供电的唯一可靠措施，尤其是对灾害造成的故障，其中断时间很难确定。所以铁路通信站均要求配置自备发电机组；中间站通信机械室每2-4个站配置1台机动式发电机组，故障时，由通信工区携带至故障地点使用，以确保供电的可靠性，同地可减少蓄电池组的备用时间，从而降低蓄电池的容量。

　　自备交流发电机组的容量，按满足通信设备用交流功率、直流电源的浮充功率、蓄电池组的充电功率、通信站主机房内应提供保证的用电功率。

　　保证照明一般接实际情况计算、无资料时，除主机房的照明予以保证外，其余房屋的照明功率可按其30％-50％估算。

　　电源系统的可靠性是由交流供电系统，直流供电系统的可靠性共同组成，研究资料表明，交流供电系统的可靠性占系统总可靠性指标的65％，因此，提高交流供电可靠性最为重要。

　　铁路通信电源的直流供电系统由整流设备、直流配电设备及蓄电池组组成。其供电方式采用直流集中供电连续浮充充制，将整流设备与蓄电池组不分昼夜地并取浮充供给通信设备直流电源，同时供给蓄电池组自放电的补充充电电流。采用这种供电制度、蓄电池组效率高，寿命长，可靠性强，是首选的供电方式。铁路直流供电基础电压定-48V。其他种类电压：如-12V，-6V，-24V等或交流220V，当其负荷量较小时，可通过变换器或逆变器获得，特大通信枢纽（一般可按交换系统容量大于5万门）采用分散供电方式，具有减小电源线压降，减少故障影响面等优噗，随着铁路通信网走向市场、大容量的通信枢纽会有所增加，分散供电方式会得到更多的采用。

　　采用高频开关技术的整流设备，具有体积小，重量轻，模块化结构，扩容方便，并且效率高、功率因数高，允许输入交流电压变动幅度大，稳压精度高、噪声低等优点，已经取代相控电源，在铁路通信电源系统业已得到广泛的应用。

　　阀控式密封蓄电池具有体积小，比能量大，污染少，使用维护简便，可卧置叠放，可与通信设备同置一室，节省工程投资等优点，已被定为应用于通信电源系统的首选电池。其中贫液式电池因其内阻小，产品一致性和均一性好，更具有优越性。

　　对蓄电池组采用低压恒压充电方式在国际、国内已得到普遍应用，其优点是可以延长蓄电池的使用寿命，提高供电质量，简化直电线路。铁道部业已推行低压恒压浮充制供电方式，其原理与维护基本上同“连续浮充制”。不同之处在于浮充电压从原来的（2.18±0.02）V，提高到2.3V，外供交流电源停电后，由蓄电池放电；交流恢复供电后，仍以每块蓄电池端电压2.3V进行“在线式”浮充，即带负荷充电。其优点是在保证蓄电池不亏电的情况下延长其使用寿命，并具有简化操作、便于维护、提高供电质量等优点。

　　近来，新型高能阀控蓄电池（又称铅布电池）引起业内的关注。它是在原阀控电池的基础上发展起来的一种改进型电池，其工作原理与阀控电池相同，其关键技术在于采用新的电池材料，先进的电池结构和新的生产工艺，主要包括以下几方面：

　　1 采用特殊工艺制造的同轴复合铅丝纺织的丝网为板栅，取代了传统电池中重力浇铸金属板栅；

　　2 在同一块丝网上分别涂上正极铅膏和负极铅膏，中间以未涂膏的丝网连接，构成双极性极板；

　　3 双极性极板交错叠放，根据不同的电压与容量要求，组成不同的极群，省去单体电池之间的连接件；

　　4 极群用鼠笼压紧，形成紧装配；

　　5极板水平放置；

　　6在涂板的铅膏中加入适量氧化剂和其他添加剂；

　　7 取消传统电池生产过程中的固化和干燥工序

　　8电池采用内化成，取消传统电池生产过程的化成工序；

　　采用以上新材料、新结构和新工艺后，新型高能阀控电池具有以下优越性能：

　　1 放电功率大、充电更迅速。

　　由于结构的改变，采用多纵向平行铅丝连接，电流分布均匀，降低了电池内阻，使充电更迅速；一般阀控电池100％深放电后，需30小时左右才能再充足，而铅布电池需4小时左右。

　　2 循环寿命长

　　由于铅布电池的板栅是由同轴铅丝编织而成，同轴铅丝的内芯是多玻璃纤维，因此其强度大，而不需在铸造板栅的铅中加入其他金属，从而防止了由于其他金属加入而造成的板栅腐蚀。铅布电池采用高纯解铅，大大提高了电池的寿命。

　　3 重量轻

　　因玻璃纤维作内芯的同轴铅丝所编织的铅布与传统的板栅相比，其材料铅的用量减少67％以上，与结构上其他改进综合考虑，其重量减轻了25-50％，能量重量比提高了50％。

　　4 性能更可靠、更均衡由于取消了固化、干燥和化成等工序，简化 了生产工艺，更便于自动化装配，使得产品性能更易均衡和可靠。

　　此外，还具有安全性更高，维护量更小等优点。目前，国内已有武汉银泰科技股份有限公司的产品问世，并用于电信行业。

　　近几年随着光缆数字通信系统和数字分插设备在铁路中间站的应用，对通信电源提出了新的要求。铁路中间站数量多，大都分散在偏僻地区，其交流电压波动范围大，供电质量较差，地点交流220V波动范围竟达正负30％，停电频繁，维修技术力量薄弱。为满足铁路通信的要求，必须对其进行改造。

　　首先是交流供电采用知动闭塞电源为主用，电力贯通线为备用的方式，改善其交流供电可靠性，并提高了交流供电质量。继而研制铁路中间站电源柜，为通信设备供电。

　　铁路中间站通信电源柜由交流配电单元，直流配电单元，高频开关整流模块及阀控式铅酸蓄电池组组成。整流模块的容量一般为5A、10A、16A，采用一主一备，或2主1备负荷均担方式运行。蓄电池组一般为100AH。上述设备集成于一机柜中，以直流-48对中间站通信设备供电。

　　考虑到两次交流停电间隔时间的不可预见性，交流停电后要求有人值守，工区维修人员在8小时内携带机动式发电机组到现场维护。蓄电池组的低电压予告警值可根据维修人员到达时间的长短来设置，并能自动发出可见可闻告警信号。

　　几年来的实践证明，这种铁路中间站电源柜满足了中间站通信设备的需要，已有路内、路外厂家的定型产品，经过入网检测投入使用。

　　综上所述，近十年来，用高频开关电源取代相控电源，用阀控式密封铅酸蓄电池组代替防酸式蓄电池，用计算机集中监控代替人工控制，是目前通信电源的发展潮流，铁路通信电源系统从体制、规范、维护，产品标准等方面不断纳入新技术、新产品，为铁路通信奠定了基础。随着铁路通信管理体制的改革，铁通网络将成为面向路内、路外经营服务的通信网，将对通信电源提出更高的要求，以满足铁路通信走向市场的需要。

摘自《通信市场》2001.7