一种应用PLC的铁路防灾双电源箱

凌 震 （安徽智行建设工程有限公司，安徽 合肥 231100）

1 引言

随着我国高速铁路的不断发展，高速铁路的安全运行“责任重于泰山”。由于我国幅员辽阔，地理环境多变，因此决定了高速铁路的运行环境常常受到大风、雨雪、泥石流、地震等自然灾害以及其他外界破坏因素的威胁，而通过技防做好风险防控工作是确保高铁安全运行的有效手段。

铁路防灾安全监控系统建立了完整的高速铁路外界环境监控平台，可提前预警，成为确保列车可靠运行的重要基础装备之一。铁路防灾安全监控系统的可靠运行，决定了对防灾监控系统设备进行可靠供电成为了关键环节，本文通过PLC技术在铁路防灾双电源箱的应用，探讨解决了可靠供电的一种方法。

2 防灾电源供电系统和控制要求

铁路防灾安全监控系统设有2套UPS电源设备进行冗余供电，引入两路AC220V工频交流电源。为提高供电可靠性，需设置带自动切换功能的双电源箱对其进行供电。防灾双电源箱接入的两路低压交流电源应相对独立，由于铁路防灾设备机房与铁路通讯机房合建，所以其两路电源一般由通讯电源防雷箱电源侧并联接引。

防灾设备电源箱的一次供电系统见图1所示。

图1 铁路防灾设备双电源供电系统图

防灾双电源投入运行时，1-3QF低压断路器及1-2QA低压负荷开关都处于闭合位。当两路电源都正常时，电源接触器1-2KM得电闭合，联络接触器3KM失电断开，两路电源分别对防灾系统的2套UPS电源设备独立供电。

当其中一路电源失电时，故障电源接触器（1KM或2KM）断开后，联络接触器3KM得电吸合,另一路正常电源同时对防灾系统的2套UPS电源设备进行供电。当电源故障消除后，联络接触器3KM失电断开，先前断开的故障电源接触器（1KM或2KM）又得电吸合，恢复两路交流电源独立供电。

当负荷故障造成低压断路器（1QF或2QF）保护跳闸时，闭锁联络接触器3KM得电动作，不使故障负荷造成另一路电源保护跳闸,从而不扩大供电故障，确保了防灾UPS电源系统的冗余供电。

3 电气自动控制系统

3.1 二次控制原理

防灾双电源投切控制须满足以下的技术要求：

①手自动控制方式可选，自动控制采用自投自复方式；

②接触器1KM-3KM间应具有可靠电气联锁，防止电源合环；

③检测2路电源的电气参数，可设定保护功能和参数，满足供电质量要求；

④负荷故障造成电源失压时，闭锁联络回路不自投。

根据上述技术要求，设计的二次电气控制线路：

防灾双电源的投切控制分为“手动”和“自动”2种工作状态，通过手动转换开关SA来选择。自动状态在正常工作时使用，采用PLC编程实现自动控制功能；手动状态为检修、调试及故障应急工作时，人工现场控制使用。

2路电源和联络接触器的投切由独立的二次回路分别控制，接触器1KM-3KM间设电气联锁，具有“3合2”逻辑关系。在“手动”工作状态时，通过手动旋钮1SB-3SB，控制接触器1KM-3KM动作；在“自动”工作状态，通过PLC逻辑控制的1KA-3KA中间继电器动作，控制接触器1KM-3KM自动进行投切动作，实现双电源双负荷的自动供电。指示灯显示电源的工作状态。

3.2 电源参数检测

对2路电源的电气参数检测，采用专用的电源保护继电器。其具有过欠压、相序、缺相、三相电压不平衡等检测功能，其检测参数、保护功能投切可人工现场设定，并有故障记录功能可供查询。相比普通继电器，具有功能完善、检测可靠、简化接线等优点。

图2 双电源状态检测原理图

电源故障时，电源保护继电器提供保护动作输出的开关量信号,可接入PLC作为电源状态输入信号。

3.3 自动控制PLC的选择

根据上述硬件电路的控制要求，PLC输入点8个，输出点6个，采用小型PLC编程即可满足自动控制要求。本次选择西门子公司的S7-200系列小型PLC为例。

PLC的工作电源取自2路电源切换出的AC220V联络回路控制电源，其控制接线见图3所示。

图3 PLC控制原理图

PLC的I/0分配地址见下表。

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4 PLC控制程序设计

4.1 程序流程图

①主程序流程图，见图4所示。

图4 主程序流程图

②子程序1流程图，见图5所示。

图5 子程序1流程图

③子程序2流程图，见图6所示。

图6 子程序2流程图

4.2 PLC逻辑控制程序

5 结语

采用继电器控制双电源投切，控制方式固定，存在切换不够快速、可靠性差、维护量大，很大程度上影响着供电的可靠性。而基于PLC控制的双电源投切，可以在不改变二次控制的接线，而根据不同的使用控制要求，编写相应的控制程序写入PLC即可；其可靠性高、操作方便、动作迅速、外部接线简单，还可以设置逻辑闭锁和故障判断功能。

此铁路防灾双电源箱在安徽合肥南环线防灾系统得到应用。2014年投运至今，设备运行稳定，满足了铁路防灾系统电源的使用要求。