铁路通信电源系统设计常见问题及对策分析

王国丽

（中铁通信信号勘测设计院有限公司，北京 100036）

0 引言

铁路通信是实现保证行车安全、实现铁路统一指挥的重要手段，而铁路通信电源设备是所有通信设备正常运行的基础，是通信系统的“心脏”。一旦通信电源出现故障，轻则引起通信设备运行不稳，重则造成通信电路中断、通信系统瘫痪，进而造成极大的经济损失，甚至影响人民生命安全。因此铁路通信电源系统的设计，尤其是通信电源的改造设计更要引起大家的高度重视。

1 通信电源系统设计常见问题及对策

1.1 外供交流电源切换方案

铁路通信机房的供电系统，包括外电引入配电（一般由电力专业设置）、备用电源、交流输入配电、通信设备交流供电、通信设备直流供电、机房配套设备供电等（见图1）。

常见问题：部分设计者在做通信机房的两路交流外供电源切换时，习惯在通信机房外电引入配电箱处直接进行两路外供电源的自动切换，或者不对两路外供电源自动切换做任何要求，甚至有的仅笼统要求在通信设备电源处切换，这种方案往往是错误的。

对策分析：《铁路通信电源运用方案优化指导意见》(〔2016〕347 号)指出：“外电引入配电用于为通信设备供电的交流分路，不宜经过双路切换装置引接。”-48V 高频开关电源设备一般内置有双电源切换装置，UPS 不间断电源设备自身一般不具备双电源切换功能。故在设置有-48V 高频开关电源的通信机房，应将两路交流外供电源经配电箱引入-48V 高频开关电源内进行双路交流电的切换；在未设置-48V高频开关电源设备的通信机房，可由交流配电盘提供外供双电源切换功能[1]。

需要注意的是，在设置有-48V 高频开关电源，机房内设置小容量UPS 不间断电源时，可利用-48V 高频开关电源内置的双路切换装置为其提供交流输入电源的切换。对于设置有大容量UPS 不间断电源、电源分路数较多的通信机房，应设置独立的交流配电设备、双路电源切换装置为其提供输入电源。

1.2 外供交流电源容量计算

常见问题：部分设计者在计算通信机房外电引入的容量时仅考虑通信机房内除电源设备外其他设备的实际用电量，忽略了-48V 高频开关电源/UPS 不间断电源设备自身的耗电量（电源转换效率）以及蓄电池组浮充时的用电量，导致互提资料或设计方案产生严重偏差。

对策分析：通信机房外电用电量=除电源设备外其他机房设备实际用电量+通信电源设备自身耗电量+蓄电池组浮充用电量+预留余量[2]。

根据经验，一般可按通信供电设备（高频开关电源、UPS 等）总容量×10%计列电源设备自身耗电量，按电压×蓄电池组总容量×K（对于电网条件较好的车站K 可取0.1，电网条件较差的节点K 可取0.2）计列蓄电池组浮充用电量。

举例如下：电网条件较好的某铁路线的通信机房新设了1 套-48V/300A 的高频开关电源，配置有2 组300Ah 的蓄电池组。那么高频开关电源自身耗电量=48V×300A×10%=1440W，其蓄电池组充电功耗=48V×300Ah×0.1×2 组=2880W，可以得出高频开关电源含蓄电池的总耗电量=1440W+2880W=4320W。

1.3 小功率交流供电设备供电方案

常见问题：部分设计人员不清楚哪些通信设备需要交流供电，导致部分交流供电设备误接入直流电源系统设备，或不分场景增加UPS 不停电电源设备为较少小功率设备供电。

对策分析：一般来说，交流供电设备需从交流配电设备处取电。但对于部分改造项目，若既有通信机房仅设置有-48V 高频开关电源，但有较少小功率设备需要交流供电，却因为投资受限或机房空余面积紧张，不具备增加UPS 及蓄电池组时，可通过新设逆变器设备，将-48V 高频开关电源设备输出的直流逆变为交流220V 为小功率交流供电设备供电。

依据《铁路通信设计规范》（TB 10006—2016），涉及行车指挥的通信设备（如调度系统值班员、调度员操作台）、重点区域的视频监控设备、重要会场的会议电视终端（如路局级、站段级会场的会议电视终端）、通信各专业网管等应通过UPS 不间断电源供电[3]。

1.4 既有高开增加蓄电池组问题

常见问题：在既有铁路通信电源系统改造设计中，当通信机房内既有-48V 高频开关电源为1 组蓄电池组时，依据《铁路通信设计规范》（TB 10006—2016）中17.6.4 条“高频开关电源设备宜配置2 组蓄电池”要求，部分设计者习惯在既有1 组蓄电池基础上，简单再增加1 组同样容量蓄电池与既有的1 组蓄电池并联进行设计。该种方案是错误的。

对策分析：组并联使用的蓄电池组有着严格的苛刻条件（必须为同厂、同型号规格、同批次、同时接入电路使用且使用环境相同），否则会引起既有蓄电池组与新设蓄电池组充放电情况不同导致其性能出现差异，使得蓄电池组寿命大幅度降低，这种情况是严格禁止的。故在上述情境下需要完全新设2 组同型号、同容量、同厂家的蓄电池组。拆除的既有蓄电池组若经过测试，与该线其他通信机房的蓄电池组同厂家、同批次、同容量及型号蓄电池组性能近似时，可临时与其他车站通信机房蓄电池组并联使用（不推荐该种做法）[4]。

1.5 直流双电源设置问题

常见问题：部分设计者在对涉及有客票业务的车客运专线、城际铁路、普速铁路车站通信机房新设或改造电源系统时，习惯于新设或改造1 套-48V 高频开关电源设备，或者2 套48V 高频开关电源设备分别配置2 组蓄电池。该种方案是错误的。

对策分析：依据《中国铁路总公司工电部关于开展铁路电子客票业务通信通道补强工作的通知》（工电通号电〔2019〕154 号）要求：“应设置双套高频开关电源设备，采取直流双系统供电工作模式，消除高频开关电源单设备、供电单回路的安全隐患，确保电子客票业务安全可靠。”截至目前，有客票业务的客运专线、城际铁路、普速铁路车站机房均已完成双电源改造。在既有线改造工程中要对通信机房现状进行充分调查，涉及有客票业务的既有通信机房改造或新建时应按双电源考虑，且每套-48V 高频开关电源宜配置1 组蓄电池组。双套-48V 高频开关电源容量可以不相同，其中容量较低的高频开关电源应至少满足该机房双套传输设备供电需求，同时兼顾调度设备、GSM-R 等与行车调度指挥密切相关通信设备供电需求；另一套高频电源设备容量应满足该机房内所有直流供电设备需求。直流双电源系统工作模式如图2所示。

所以交流外电配电盘（箱）至少提供4 路交流外电输出，以满足双套高频开关电源外供交流电源输入配电的需求。

1.6 高频开关电源整流模块的计算问题

常见问题：部分设计者在计算高频开关电源整流模块容量时仅考虑了该机房直流用电设备负荷电流，而忽略了高频开关电源配置的蓄电池组的充电电流[5]。

例如：某机房直流用电设备荷载电流经计算为87.5A，新设置的-48V 高频开关电源配置有2 组300Ah 蓄电池组，若忽略对考虑蓄电池组充电电流计算，按照87.5A 设备荷载电流计算，高频开关电源整流模块需选用48V/100A 容量（不含N+1 保护容量）。这种方案是错误的。

对策分析：高频开关整流模块实际荷载容量可参照下式计算：高频开关电源容量=接入设备负荷电流+蓄电池组充电电流。为便于计算，其蓄电池组充电时间按10 小时考虑。那么上述范例通信机房高频开关电源容量=接入设备负荷电流+蓄电池组充电电流=87.5A+300A×0.1×2=147.5A，该范例机房内的高频开关电源整流模块宜选用48V/200A 容量（不含N+1 保护容量）。可见忽略对蓄电池组充电电流考虑，会对高频开关电源整流模块容量配置引起较大误差[6]。

需要注意，当高频开关电源整流模块数量≤10 时，需备用整流模块1 个，形成N+1 保护；当高频开关电源整流模块数量＞10 时，每10 个整流模块备用1 个。

1.7 直流配电设备二次下电功能问题

常见问题：部分设计者中在设计方案中常常忽略-48V 高频开关电源设备的二次下电功能要求。

对策分析：《铁路通信设计规范》（TB 10006—2016）中17.4.2 条“直流配电设备应具备二次下电功能”，该功能为直流配电设备必备功能。在高频开关电源蓄电池输出能量时，随着端电压的不断下降，当下降到一定阈值时，须断掉其部分次要负载输出回路，只给主要负载供电，当电压下降到终止电压时再将主要负载也断掉。二次下电的好处是保证蓄电池不过度放电时，可以为机房内的重要设备提供更长时间的供电，尽量减少重要通信设备的终端损失[7]。

通常传输设备、有线调度通信设备、GSM-R 等与行车、调度指挥有关的通信设备应采用二次下电接入直流配电设备。所以在设计方案要明确-48V 高频开关电源设备必须具备二次下电功能。

1.8 高频开关电源蓄电池组设置问题

常见问题：部分设计者在为电源设备配置蓄电池时，习惯每套电源设置2 组蓄电池组，且对于其后备时间的配置不符合相关规范要求。

对策分析：高频开关电源设备宜按照2 组蓄电池组配置，UPS 不间断电源设备宜按照1 组蓄电池组配置。当外供交流电源按一级负荷供电时，通信站、车站及站内节点蓄电池组总备用时间不应低于1h，区间节点蓄电池组总备用时间不应低于3h。当外供交流电源按二级负荷及以下供电时，蓄电池组总备用时间宜适当延长。根据规范，当蓄电池组容量＞200Ah时，宜采用2V/只配置；当蓄电池组容量≤200Ah 时，宜采用12V/只配置。

根据经验，容量在150Ah 及以下的2 组蓄电池组均可以放入相应容量高频开关电源柜中；容量在200Ah 的2 组蓄电池组有大部分型号产品可以放入相应容量高频开关电源柜中；容量在200Ah 以上的蓄电池组要采用单独设置的电池柜或电池架安装，所以在做设计及预算时要考虑独立设置的电池柜及电池架的相关费用及安装空间位置。

1.9 电源线的布放问题

常见问题：部分设计者在做电源线的布线时，习惯将各种线缆混合布放、交叉布放，导致后期设计变更频繁。

对策分析：线缆的布放不仅要求美观，最重要的是安全可靠。一般情况下，通信机房的各类电缆应具备独立通道，也就是做设计方案时，交、直流电源电缆尽量分开布放。需在同一路径内布放时，交流与直流电源线需间隔100mm 以上。若因条件限制而不能达到上述要求时，交流电源线必须采用具有屏蔽层的绝缘线或穿入钢管敷设，并将屏蔽层或钢管的一端接地[8]。

电源电缆和信号线缆（传输数据的网线、同轴电缆、双绞线等）宜分离布放，避免线间电磁干扰。若通信机房具备上下走线条件，则电源线、地线等宜采用下走线，且应在设备机柜的背面布放，同时避免交叉。

2 结语

随着铁路信息化的迅猛发展，作为铁路通信“心脏”的铁路通信电源系统发挥着越来越重要的作用，其设计方案的优劣，对保障铁路通信网的畅通和铁路通信业务的稳定性、安全性具有重要的意义。