蔡福林

摘要：分析现阶段我国铁路信号智能电源屏故障率较高的原因，通过对电源系统的可靠性分析，提出了智能电源屏提高可靠性、安全性的建议。

关键词： 智能        电源屏       可靠性

      自从智能电源屏投入使用以来，随着铁路信号设备的不断更新改造，在原有的电气集中电源屏基础上，又陆续增加了提速电源、区间电源、计算机联锁和微机监测电源等。铁路信号电源逐步进入智能化、模块化的时代。然而，虽然品种繁多，但技术含量较低，难于管理，已不能满足铁路高速发展的需要。到目前为止，智能电源屏已经运用到全路的大部分车站，生产厂家有10余家。由于各方面的原因，智能电源屏的故障频频发生，因智能电源屏造成的电务事故多达数起。

1   智能电源屏现状分析

1.      技术参数不一致，给维修带来困难。各厂家电源屏的外形、模块尺寸、插接件、接线端子及面板布置等均不一样，结构不合理，监控方式各有不同，使维修单位既缺乏备用器材，又很难组织人员培训，一旦出现故障，很难处理，在短时间里不能及时恢复设备正常使用，使故障延时不断上升。

2.      追求功能的多样化，降低了可靠性这个这个重要指标。各厂家为了满足用户不断提高的消费需求，推出多种不必要的功能。如故障电源模块的并联工作、输入输出零切换、单相三相电源兼容、三相电源缺相还要求电源屏正常工作等等。这些功能设计的初衷是为了提高电源屏的可靠性和安全性，但由于增加功能的本身不科学，功能越多，可靠性越低，结果使整个系统反而成了安全关键点。

3.      由于目前国内铁路信号电源的供电质量不能保证，尤其是接触网供电，电压波动范围宽，谐波能量大，波形失真严重，对电源屏的正常工作造成了很大威胁。在无特殊防护的情况下，电源模块和监测系统会大面积烧损。因此作为既是负载，又是输出能量的信号电源屏，既要消化恶劣电源，又要输出高品质信号能量，这本身就是无法兼顾的，致使电源屏故障长期存在。

4.      不切实际的推出高标准。按照国家规定UPS电源的平均故障间隔时间为3000h，高频开关直流电源为65000h，我国铁路规定信号设备的大修周期一般为15年，而要求智能电源屏免维修也是15年，这显然是不现实的。因为一些元器件如电容器的有效期仅为5年，不维修显然无法保证其可靠性。

5.      品种多，规格不统一。从而无法保证使用质量。

2          提高电源可靠性的方法

1.      智能电源屏的设计相对于普通电源屏，正由系统可靠性向可用性转变。可用性涵盖了可靠性，如果系统故障后需要延续一定的时间，并要系统数据安全存储和安全关机，研究的就是可靠性；但如果系统故障后必须保证不间断继续工作，则研究的是可用性问题。一个是不停电保护系统，一个是不停电工作系统。

2.      系统可靠性是用平均故障间隔时间MTBF来表示的。对于串联系统，其可靠性就是各器件可靠性的乘积，当器件数目增大时，可靠性急剧下降。对于并联系统，其中任意器件发生故障时，整个系统仍能正常工作。从理论上说并联设备越多，系统的稳态不可用度越小。

3.      可靠性分配。在系统设计中应将系统总体可靠性指标，分解为各个单元的可靠性指标，不能因为木、某一单元的可靠性较差而影响总体。

4.      冗余和容错设计。为保证即使某单元出现故障，系统仍能正常工作，应采取必要的措施，使系统具有容忍故障的能力。冗余和容错设计需要增加冗余单元或冗余分系统，虽然会增加投资，但提高了系统的可靠性。为此，应努力提高各单元、各分系统的修复性和维护人员的技术水平。

5.      抗干扰设计。系统对于周围环境中的电磁干扰应具有足够的抗御能力，如加装电网滤波器，采用无源补偿新方案，有效地抑制传导干扰；增加各种屏蔽措施，抑制辐射干扰；在电路的适当部位增加RC吸收网络吸收尖峰等。

6.      设计简化。系统设计应尽可能简单，减少器件数量及其连接，在提高可靠性的同时，降低生产费用。

7.      加强系统的可维修性。维修又分为预防性维修和故障性维修。目前智能电源屏都对预防修提供了必备条件。对于故障后的维修应做到：（1）应有良好的维修可达性，即需要维修的部位能“看得见，摸得着”，能方便维修；（2）通过零部件标准化、通用化和模块化，提高零部件的互换性；（3）通过提高模块、关键件或薄弱部位的固有可靠性或定期更换易损坏（或损耗）零部件，也可从整体上提高产品的维修性；（4）系统发生故障后，寻求故障部位和原因，排除、修复故障，验证是否恢复到正常工作状态等。

8.      对于独立工作的模块，尽量采用平均故障间隔时间长、冗余大、抗干扰能力强的产品。 

3           几点建议

1.      根据当前国内供电质量的情况，不能片面追求全电子化，而淘汰成熟的电磁技术，变压器的设计寿命一般都超过15年，其可靠性已通过大量数据被各行业接受。高频开关直流电源模块已被大量采用，其产品已经处于寿命周期中的成熟阶段，其可靠性也是有据可查。而不间断电源（UPS）是近十几年才应用的，在线式UPS时间更短，其可靠性远远低于直流电源模块。

2.      对不同厂家、不同型号的电源模块必须兼容，设备结构需一体化和连接规范化，可以无缝连接。另外还要考虑微环境的通风散热问题、机架内部的电源状态监控和管理等。

3.      电源屏的设计要做到标准化。标准化首先是模块化，模块化可以提高设备的价值，方便扩展、更改、移植及拔插，使用，维护简单化，可以避免出错，做到资源共享，提高效率，增强适应性，同时提高了可用性。

4.      制定维修周期和范围。在信号电源系统的建立和使用过程中，必须建立完善的维护制度，制定科学的运行维护规程，加强技术培训，提高运用的可靠性。

可靠性贯穿于系统的设计、验收、运用、维护等各个环节，只有一丝不苟地重视每一个环节，才能保证整个系统的可靠性，使智能电源屏更好的服务于铁路信号设备系统，为铁路行车安全提供更有力的保障。