動(dòng)態(tài)電壓輸出受電網(wǎng)干擾的解決辦法

江 力

江 力:中冶賽迪電氣技術(shù)有限公司 高級(jí)工程師 400013 重慶

在鐵路信號(hào)由繼電聯(lián)鎖(電氣集中)邁向軟件化、電子化的過(guò)程中，部分聯(lián)鎖系統(tǒng)采用了輸出“動(dòng)態(tài)”電壓控制繼電器的方式，即由電子電路輸出周期性脈沖電壓到“動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)單元”，變?yōu)榉€(wěn)定的輸出電壓后，再控制繼電器、信號(hào)設(shè)備。其流程為:電子電路→動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)單元→繼電器→信號(hào)設(shè)備。與由電子電路直接輸出“穩(wěn)態(tài)”電壓(持續(xù)數(shù)秒的高電平)控制繼電器相比，該電路中增加了“動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)單元”環(huán)節(jié)。

對(duì)于串聯(lián)系統(tǒng)，其總體可靠性取決于每個(gè)環(huán)節(jié)的可靠性，即:q=q1×q2×…qn，每個(gè)環(huán)節(jié)的可靠性值qi＜1，當(dāng)環(huán)節(jié)增多時(shí)n增大，整體可靠性q值趨于降低。提高可靠性的正確方法是:減少環(huán)節(jié)數(shù)n。

1 干擾造成的危害

以某個(gè)信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)為例，在投運(yùn)5年后，偶爾出現(xiàn)個(gè)別道岔意外轉(zhuǎn)換，通過(guò)分析和測(cè)試，確定為因干擾引起個(gè)別信號(hào)設(shè)備的響應(yīng);受干擾后，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)單元的可靠性值qi減小，總體可靠性q對(duì)應(yīng)減小。錯(cuò)誤輸出可能引發(fā)下列情況。

1．發(fā)生在電動(dòng)轉(zhuǎn)轍機(jī)電路，道岔尖軌錯(cuò)誤轉(zhuǎn)換。如果機(jī)車(chē)司機(jī)未能(或不能)觀測(cè)到信號(hào)變化(如白燈變藍(lán)燈)，機(jī)車(chē)由道岔的正向通過(guò)，則會(huì)開(kāi)錯(cuò)進(jìn)路;背向通過(guò)，會(huì)發(fā)生擠岔。

2．發(fā)生在信號(hào)機(jī)電路，允許信號(hào)瞬間錯(cuò)誤開(kāi)放后關(guān)閉。如果機(jī)車(chē)司機(jī)正好看到信號(hào)開(kāi)放(如白燈)，誤啟動(dòng)車(chē)，易發(fā)生事故。

2 原因分析

動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)單元觸發(fā)頻率的非惟一性，是導(dǎo)致干擾產(chǎn)生輸出的原因。在調(diào)試時(shí)，反復(fù)接通和斷開(kāi)(抖動(dòng))動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)單元輸入與DC 24V電源端，即人工產(chǎn)生脈沖電壓，也能使相應(yīng)的繼電器吸起。由此可見(jiàn)，實(shí)際的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)單元輸入觸發(fā)頻率有一個(gè)較寬的范圍，一旦干擾的頻率和幅值都在此范圍內(nèi)，就能引起錯(cuò)誤輸出。出現(xiàn)以上錯(cuò)誤的原因，推斷是由于“動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)單元”內(nèi)部的元件參數(shù)，隨時(shí)間發(fā)生了變化(老化)，導(dǎo)致其抗干擾性能下降。由于各單元的情況有差異，因此錯(cuò)誤是局部的。電源屏不能有效抑制電網(wǎng)干擾，是導(dǎo)致錯(cuò)誤輸出的另一個(gè)原因。

在工礦企業(yè)內(nèi)，大功率電機(jī)的啟動(dòng)，造成電網(wǎng)電壓的波動(dòng)(或諧波)，傳導(dǎo)到電源屏，由于屏內(nèi)濾波不徹底，引起直流24V電源波動(dòng)。其中的交流成份通過(guò)“動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)單元”的直流隔離電容，與有動(dòng)態(tài)輸入脈沖時(shí)產(chǎn)生的效果相同，導(dǎo)致“動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)單元”錯(cuò)誤輸出。

由于電機(jī)啟動(dòng)的時(shí)間短、次數(shù)少，電壓波動(dòng)對(duì)信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)的影響是短時(shí)的(幾秒鐘)，雖能人為回避(接到電機(jī)啟動(dòng)通知后，正在運(yùn)行的機(jī)車(chē)要停下，避開(kāi)啟動(dòng)峰值時(shí)間)，卻會(huì)給運(yùn)輸帶來(lái)很大的不便。

3 現(xiàn)場(chǎng)處理

方案一:增強(qiáng)直流24V電源的濾波功能，減輕干擾強(qiáng)度，消除錯(cuò)誤輸出。在接口柜內(nèi)的直流24V端子排上，增加了2個(gè)電容，分別為4700 μF和0.01 μF。由于大容量的電解電容一般具有一定的電感，對(duì)高頻及脈沖干擾信號(hào)不能有效地濾除，故在其兩端并聯(lián)了一只容量為0.01 μF的電容，以濾除高頻及脈沖干擾。按此方法處理至今兩年多時(shí)間，未再出現(xiàn)道岔誤動(dòng)或信號(hào)機(jī)誤亮的現(xiàn)象;與改換“動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)單元”相比，該方法更為經(jīng)濟(jì)、方便、快捷。

方案二:將直流24 V電源與電網(wǎng)電壓隔離。當(dāng)方案一的方法不能有效抑制干擾時(shí)，采用“單獨(dú)”的直流24V電源供給“動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)單元”，例如由UPS(不間斷電源)提供一個(gè)獨(dú)立的交流220 V電源，就能使“動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)單元”不再受電網(wǎng)干擾的影響。

4 對(duì)產(chǎn)品的建議

由于干擾具有動(dòng)態(tài)性、突發(fā)性，要徹底預(yù)防并不容易，上述由電網(wǎng)造成的干擾，只是其中一類(lèi)。提高產(chǎn)品的抗干擾能力，比增加設(shè)備、改善工作環(huán)境等防干擾措施，更為經(jīng)濟(jì)、合理、可行。

首先，從產(chǎn)品的電路原理上，應(yīng)能經(jīng)受住干擾;其次，受強(qiáng)干擾后，即使不能正常工作，也應(yīng)導(dǎo)向安全。電子元器件數(shù)量越多，其可靠性問(wèn)題就越嚴(yán)重;結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，維護(hù)就越困難。簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、精選元件是保證產(chǎn)品可靠性的正確方法。

由繼電器輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)備，是鐵路信號(hào)聯(lián)鎖技術(shù)的一個(gè)發(fā)展階段，如何提高電子產(chǎn)品的可靠性(抗干擾能力)，對(duì)保證運(yùn)輸安全有重要的作用。

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