宋玉鼎

摘要：我國普速鐵路信號顯示，依然依靠地面信號機，信號機能否正常工作，直接影響行車安全與運輸效率。為了保證鐵路信號機的可靠工作，必須要有穩(wěn)定可靠的信號光源，而點燈單元是信號光源的核心部分。針對目前鐵路信號點燈單元可靠性低的情況，通過認真分析，從探討燈絲轉(zhuǎn)換器件的選取、燈絲轉(zhuǎn)換繼電器的驅(qū)動原理上做出改進，并且提出利用載波通信為監(jiān)測單元提供可靠電源，提高了信號點燈單元的可靠性，為鐵路信號點燈單元實現(xiàn)“故障修”提供技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：鐵路信號點燈單元信號光源可靠性

中圖分類號：U284

Discussion?on?the?Reliability?of?Railway?Signal?Lighting?Units

SONG?Yuding

（Luoyang?Railway?Information?Engineering?School，?Luoyang，?Henan?Province，?471000?China）

Abstract：?The?signal?display?of?ordinary-speed?railways?still?depends?on?ground?signals?in?China，?and?whether?signals?can?work?normally?directly?affects?traffic?safety?and?transportation?efficiency.?In?order?to?ensure?the?reliable?work?of?railway?signals，?it?is?necessary?to?have?stable?and?reliable?signal?light?sources，?and?the?lighting?unit?is?the?core?part?of?signal?light?sources.?In?view?of?the?low?reliability?of?railway?signal?lighting?units?at?present，?through?careful?analysis，?this?paper?discusses?and?improves?the?selection?of?filament?conversion?devices?and?the?driving?principle?of?filament?conversion?relays，?and?proproses?to?use?carrier?communication?to?provide?reliable?power?supply?for?the?monitoring?unit，?which?improves?the?reliability?of?signal?lighting?units?and?provides?technical?guarantee?for?the?realization?of?the?"fault?repair"?of?railway?signal?lighting?units.

KeyWords：?Railway?signal;?Lighting?unit;?Signal?light?source;?Reliability

鐵路在我國經(jīng)濟發(fā)展過程中起著舉足輕重的作用，鐵路信號設(shè)備是保證鐵路安全、快速、穩(wěn)定運輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)裝備。鐵路信號設(shè)備的穩(wěn)定可靠工作是鐵路安全指揮信息傳遞的重要保障，信號機是安全信息載體之一，作為信號機工作狀態(tài)的監(jiān)測裝置，點燈單元的可靠性不言而喻。

鐵路信號故障--安全原則，要求信號機點燈必須安全可靠，目前所使用的信號機燈泡為雙燈絲，正常狀態(tài)下主燈絲點亮，主燈絲斷絲瞬間必須自動轉(zhuǎn)換到副燈絲，由副絲繼續(xù)完成信號顯示任務(wù)，并給出報警提醒維護部門及時更換信號燈泡，防止發(fā)生滅燈故障影響行車。上述功能均由信號點燈單元完成。本文從目前點燈單元主要存在的燈絲轉(zhuǎn)換繼電器可靠性問題、監(jiān)測單元電源問題、監(jiān)測單元自檢問題出發(fā)，探討點燈單元的可靠性。

1現(xiàn)有點燈單元存在的問題

1.1現(xiàn)有燈絲轉(zhuǎn)換繼電器可靠性低

目前國家鐵路集團公司要求鐵路信號點燈單元的使用壽命15年，2015版《普速鐵路信號維護規(guī)則技術(shù)標準》2.4.1和TB/T3202-2008《鐵路信號點燈單元》4.10，均要求點燈單元中燈絲轉(zhuǎn)換繼電器的無故障轉(zhuǎn)換次數(shù)不應(yīng)少于50萬次，2015版《普速鐵路信號維護規(guī)則技術(shù)標準》11.5.5規(guī)定燈絲轉(zhuǎn)換繼電器的電壽命為30萬次，TB/T2657-2016《JZSJC型交流燈絲轉(zhuǎn)換繼電器》4.21規(guī)定燈絲轉(zhuǎn)換繼電器的電壽命大于50萬次，以上規(guī)定要求點燈單元中的重要元件燈絲轉(zhuǎn)換繼電器的可靠性必須達標。目前鐵路現(xiàn)場燈絲轉(zhuǎn)換繼電器受現(xiàn)場環(huán)境因素的影響可靠性降低，難以滿足總公司15年的使用要求。如果定期送檢，則維護工作量加大，給現(xiàn)場維護帶來極大的不便。

燈絲轉(zhuǎn)換繼電器為電流型繼電器，雖然在設(shè)計時已經(jīng)考慮了發(fā)熱問題[1]，采用硅鋼片疊成非整塊鐵芯，減小渦流發(fā)熱。但是在信號機點燈電路中，燈絲轉(zhuǎn)換繼電器的線圈串接在信號燈泡的主燈絲電路中，主燈絲工作時線圈電流2A左右，線圈持續(xù)發(fā)熱。燈絲轉(zhuǎn)換繼電器安裝在點燈單元內(nèi)，被固定在信號機機構(gòu)、信號變壓器箱等有限空間內(nèi)，繼電器工作所產(chǎn)生的熱量無法及時的散發(fā)出去，導致線圈和鐵芯溫度過高[2]，熱量通過導熱、熱對流、熱輻射的方式傳遞至接點系統(tǒng)，整個繼電器的溫度將升高。

我國南方地區(qū)夏季潮濕多雨，水蒸氣及空氣中的有害氣體容易進入燈絲轉(zhuǎn)換繼電器，在高溫情況下，觸點表面極易發(fā)生腐蝕，在銀-銀氧化鎘觸點表面生成氧化物，觸點接觸電阻增大，造成觸點失效。除此之外，高溫、潮濕、污染的環(huán)境還會造成繼電器的機械傳動部件生銹腐蝕，造成機械卡組，使繼電器的勵磁所需要的電磁力變大，影響繼電器動作。

另外，我國的北方冬季易出現(xiàn)-30℃以下極端天氣，低溫將導致燈絲轉(zhuǎn)換繼電器尾部的反力彈簧收縮力下降，主燈絲熔斷后，反力彈簧收縮力變小，將導致繼電器無法釋放，造成主絲斷絲后無法轉(zhuǎn)換到副燈絲，使信號機滅燈，影響行車。

1.2監(jiān)測單元沒有單獨電源，無法實現(xiàn)自檢

目前監(jiān)測單元的電源沒有專門供給，均來自于點燈電源，一般有兩種獲取方法：第一種，通過整流器把點燈變壓器二次側(cè)交流電整流成12V直流電，供控制繼電器吸起用，5V三端穩(wěn)壓器把直流12V穩(wěn)壓成5V直流電，給單片微機及其附屬電路供電[3]。第二種，通過點燈變壓器的二次側(cè)線圈抽頭，調(diào)整后獲得監(jiān)測單元所需電源。

點燈單元在主絲斷絲后，燈絲轉(zhuǎn)換繼電器落下接通副絲電路，同時啟動監(jiān)測單元向室內(nèi)發(fā)送主絲斷絲信息。監(jiān)測單元在主絲正常工作的情況下，處于不工作狀態(tài)，不發(fā)送任何信息。監(jiān)測單元是否完好，在很長一段時間內(nèi)處于未知的狀態(tài)，一旦監(jiān)測單元在主絲正常的情況下發(fā)生故障，若此時發(fā)生主絲斷絲，將無法產(chǎn)生主絲斷絲報警，維護人員無法及時發(fā)現(xiàn)主絲斷絲，極易造成主副絲雙斷故障。

以上問題導致了點燈單元的可靠性低，改進現(xiàn)有點燈單元，提高點燈單元的可靠性、降低點燈單元的故障率，勢在必行。

2問題解決方案

2.1選擇密封繼電器

針對現(xiàn)有燈絲轉(zhuǎn)換繼電器可靠性低的問題，可采用小型密封繼電器作為燈絲轉(zhuǎn)換繼電器來提高點燈單元的可靠性。據(jù)某鐵路集團公司統(tǒng)計，管內(nèi)所用該設(shè)計思路的點燈單元，三年內(nèi)只有一臺出現(xiàn)故障，故障率極低。

鐵路現(xiàn)場現(xiàn)有燈絲轉(zhuǎn)換繼電器為非密封繼電器，對外界環(huán)境變化的敏感性較強，容易受列車振動、氣溫變化、空氣濕度，空氣污染等因素影響，造成線圈受潮、接點腐蝕、機械卡組、穩(wěn)定性和可靠性下降。

密封繼電器性能優(yōu)異，已廣泛應(yīng)用在航天等領(lǐng)域。密封繼電器具有全密封的機構(gòu)，對外界惡劣環(huán)境的抵抗性能強，內(nèi)部充以保護性氣體來保護觸頭，延長觸頭使用壽命，接觸穩(wěn)定性高，且電壽命和機械壽命長、抗振性能優(yōu)良，所以密封繼電器能適應(yīng)鐵路沿線長期存在的氣候應(yīng)力、環(huán)境應(yīng)力，而且小型密封繼電器的價格遠低于燈絲轉(zhuǎn)換繼電器，是傳統(tǒng)燈絲轉(zhuǎn)換電路改進的優(yōu)選元器件。

2.2燈絲轉(zhuǎn)換繼電器由電流驅(qū)動轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷候?qū)動

現(xiàn)有燈絲轉(zhuǎn)換繼電器為電流型繼電器，線圈串接在信號燈泡主燈絲電路中，由電流驅(qū)動工作，電流較大，發(fā)熱問題難以克服。為了解決現(xiàn)有燈絲轉(zhuǎn)換繼電器的發(fā)熱問題，可在主燈絲電路中串接一個TB變壓器。當主燈絲正常工作時，TB變壓器將主燈絲電路中2A的電流信號轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的電壓信號輸出，用電壓信號驅(qū)動歐姆龍小型密封繼電器勵磁，切斷副燈絲電路；當主燈絲斷絲時，TB變壓器輸出側(cè)電壓信號消失，小型密封繼電器落下，接通副燈絲電路，原理框圖如圖1所示。

利用TB變壓器，將原燈絲轉(zhuǎn)換電路中電流信號驅(qū)動燈絲轉(zhuǎn)換繼電器，轉(zhuǎn)變成了利用穩(wěn)定的電壓信號驅(qū)動歐姆龍小型密封繼電器，TB變壓器輸出側(cè)輸出的電流為毫安級，降低了燈絲轉(zhuǎn)換器件中的電流值，有效解決了原燈絲轉(zhuǎn)換繼電器發(fā)熱帶來的問題，提高了鐵路信號點燈單元的可靠性。

2.3利用電力載波通信，實現(xiàn)監(jiān)測單元獨立供電

2.3.1什么是電力載波通信

電力載波通信，是利用電力線作為信息傳輸媒介，進行語音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。載波通信技術(shù)在發(fā)送側(cè)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)調(diào)制為符合要求的高頻信號，經(jīng)耦合器耦合到作為通道的電力線上，傳輸至接收側(cè)后，經(jīng)接收側(cè)耦合器解耦，調(diào)制解調(diào)器解調(diào)，還原出原始數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)傳輸。

將電力載波通信技術(shù)應(yīng)用在鐵路信號點燈單元中，實現(xiàn)監(jiān)測單元與點燈電路主電路完全隔離，消除了監(jiān)測單元對主電路的影響。

2.3.2電力載波通信通道的選擇

鐵路信號點燈電路中現(xiàn)有的電力通道主要有兩條：第一條為點燈回路，室內(nèi)通過繼電器檢查聯(lián)鎖條件后，再通過電纜將信號機點燈電源送至室外點燈單元內(nèi)的點燈變壓器，每架信號機具備相對獨立的點燈回路，但點燈回路作為鐵路信號系統(tǒng)的主電路，嚴格要求其安全性，因此不應(yīng)將點燈回路作為載波通信的通道；第二條為燈絲報警通道，燈絲報警通道按咽喉區(qū)從室內(nèi)燈絲報警電纜出發(fā)，在室外電纜盒處發(fā)生分支，然后到達信號點燈變壓器，整個咽喉的報警通道呈樹狀分布，電纜傳輸線路負載相對較小，信道阻抗特性相對較好[4]，利于載波信號傳輸。所以，載波通信傳輸通道應(yīng)選擇既有的燈絲報警通道比較合理。。

2.3.3監(jiān)測單元實現(xiàn)自檢測

利用電力線載波通信技術(shù)，為監(jiān)測單元提供連續(xù)可靠的電源，設(shè)置監(jiān)測單元的自檢機制，使監(jiān)測單元周期性自檢[5]，并將自檢狀態(tài)信息通過載波通信信道周期性的發(fā)送至室內(nèi)報警總機，報警總機收到室外監(jiān)測單元自檢狀態(tài)信息后，給出監(jiān)測單元狀態(tài)判斷。當監(jiān)測單元出現(xiàn)故障，報警總機收不到監(jiān)測單元的自檢信息時，輸出監(jiān)測單元故障信息，通知維護人員及時更換，提高信號點燈單元的工作可靠性。

在監(jiān)測單元具備持續(xù)工作的基礎(chǔ)上，還可拓展監(jiān)測單元監(jiān)測的數(shù)據(jù)內(nèi)容，比如：點燈單元Ⅰ次側(cè)電壓電流，點燈單元Ⅱ次側(cè)主、副燈絲電壓電流等數(shù)據(jù)，為未來集中監(jiān)測智能故障診提供可靠的信號機室外監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3結(jié)論

綜上，選用成熟穩(wěn)定的小型密封繼電器，提高點燈單元壽命，實現(xiàn)點燈單元“故障修”；利用TB變壓器，將電流驅(qū)動燈絲轉(zhuǎn)換繼電器轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷候?qū)動小型密封繼電器，解決了原點燈單元中燈絲轉(zhuǎn)換繼電器發(fā)熱問題；引入電力載波通信技術(shù)，給監(jiān)測單元單獨供電，避免了監(jiān)測電路對點燈主電路的影響；監(jiān)測單元平時工作在帶電狀態(tài)，實現(xiàn)了自檢測功能。鐵路信號點燈單元經(jīng)改進后，能克服現(xiàn)有技術(shù)缺點，可靠性大幅提高，能更好的適應(yīng)各種使用環(huán)境，故障率大幅降低。

參考文獻

• 王會娟，范春艷.不同帶載方式對交流燈絲轉(zhuǎn)換繼電器高低溫電氣特性影響的研究[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督，?2021，?49（7）：?29-31，38.
• 張建平，田光超，宋景德.鐵路信號機一體化的雙燈設(shè)計[J].鐵道通信信號，?2020，?56（5）：43-45.
• 薛繼陳.中標麒麟下雷達信號采集處理設(shè)備的設(shè)計與實現(xiàn)[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2020.
• 楊均權(quán).超磁致伸縮換能器阻抗匹配方法與實驗研究[D].長沙：湖南大學，2020.
• 李欣妍，張華，李棟祿，等.基于STM32的智能照明和簽到系統(tǒng)設(shè)計[J].無線互聯(lián)科技，?2020，?17（3）：40-41.