鐵路電源

鐵路上的車輛控制電子設(shè)備和器件， 在國際上有著嚴(yán)格的規(guī)定和管控。 在歐洲， 最常用 的

是 EN50155： 2007 標(biāo)準(zhǔn)--“鐵路設(shè)施鐵道車輛的電子設(shè)備”標(biāo)準(zhǔn)， 中國最常用的是鐵標(biāo) TB/T 3021：

2001， 而英國常用的標(biāo)準(zhǔn)為 RIA12 用于拖動(dòng)及運(yùn)載設(shè)備的直流控制系統(tǒng)中瞬態(tài)浪涌保護(hù)的通用

規(guī)范” 此規(guī)范是由鐵路工業(yè)聯(lián)會(huì)開發(fā)制定的。 歐盟標(biāo)準(zhǔn) EN50155 與中國鐵標(biāo) TB/T3021 要求基本

一致， 而 RIA12 標(biāo)準(zhǔn)則要求車載電子設(shè)備具有專門的抗浪涌能力。

歐盟標(biāo)準(zhǔn) EN50155 已慢慢被許多鐵路設(shè)備生產(chǎn)制造商認(rèn)可， 標(biāo)準(zhǔn)適合于安裝在鐵道車輛用

作控制、 調(diào)整、 保護(hù)、 供電的的全部電子設(shè)備， 并涉及到蓄電池供電系統(tǒng)和直接與接觸系統(tǒng)連

接或者未連接的低壓電源， 但是不適合主電路設(shè)備。 電源模塊作為總線電源轉(zhuǎn)換器件， 前端供

電主要由車載蓄電池供電或者輔助電源供電。 車載電子設(shè)備供電電源必須滿足 EN50155 需求，

其中主要有以下方面需求：

1.輸入電壓范圍需求；

2.電磁兼容需求；

3.機(jī)械需求--沖擊和振動(dòng)需求；

4.溫度和濕度工作需求；

5.隔離電壓需求；

EN50155 引用的主要標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)應(yīng)的中國鐵標(biāo)如下：

鐵路電源輸入電壓范圍需求

車載蓄電池的額定供電電壓主要有以下幾種： 24V、 48V、 72V、 96V、 110V 等 5 種規(guī)格， 對(duì)

于沒有穩(wěn)壓裝置的蓄電池供電的電子設(shè)備， 必須在 0.6VN和 1.25VN間(輔助設(shè)備啟動(dòng)或者蓄電

池充電電壓波動(dòng))100mS波動(dòng)之間不能引起電子設(shè)備的功能改變； 必須在浪涌電壓1.25VN和1.4VN

不超過 1s 間波動(dòng)， 不應(yīng)引起設(shè)備的損壞， 但是設(shè)備可以不運(yùn)轉(zhuǎn)。 為了滿足波動(dòng)電壓范圍內(nèi)使用

要求， DC/DC 電源廠家為了留有足夠的裕量， 設(shè)計(jì)的輸入電壓參數(shù)能夠在 0.6VN和 1.4VN電壓范

圍內(nèi)正常工作， 并且兼容多個(gè)車載蓄電池電壓等級(jí)。

鐵路電源額定輸入電壓范圍

鐵路電源輸入電壓瞬態(tài)（RIA12 需求）

英國鐵路標(biāo)準(zhǔn) RIA12 《拖動(dòng)及運(yùn)載設(shè)備的直流控制系統(tǒng)中瞬態(tài)浪涌保護(hù)的通用規(guī)范》 ， 標(biāo)

準(zhǔn)要求與供電電源蓄電池連接的電子設(shè)備， 必須能夠經(jīng)受以下兩種波形， 尤其是對(duì)于 3.5 倍輸

入電壓， 持續(xù)時(shí)間 20mS 的浪涌電壓， 該浪涌脈沖電壓的源阻抗為 0.2Ω ， 如果考慮供電蓄電池

額定電壓為 110VDC， 那么如果只是采用單一的鉗壓器件進(jìn)行防護(hù)， 很難吸收（設(shè)鉗位電壓 VC

為 160VDC） 高達(dá) W=V_N*（3.5V_N-V_C）/r*t=2475J 的能量， 一般瞬時(shí)鉗壓抑制器件很難滿足要求，

采用封裝 1.5KE 系列的 TVS 管， 瞬時(shí)能夠承受 1500W 能量， 但是只能承受 1.5J 的能量。

鐵路電源輸入電源中斷、 跌落

EN50155 規(guī)定， 在輸入電壓范圍內(nèi)， 輸入電壓可發(fā)生 10mS 的中斷， 規(guī)定等級(jí)如下：

--S1 級(jí) 無中斷

--S2 級(jí) 10mS 中斷

并且 EN50155 規(guī)定， 在蓄電池組供電和穩(wěn)定的電壓源供電的轉(zhuǎn)換期間， 可能發(fā)生中斷， 規(guī)

定等級(jí)如下：

--C1 級(jí) 在 0.6VN時(shí)， 100mS 期間不得中斷

--C2 級(jí) 中斷供電 30mS

單獨(dú)依賴模塊電源廠家很難滿足 S1 級(jí)要求， 車載電子設(shè)備需要適當(dāng)?shù)耐鈬鷥?chǔ)能電路來滿足

中斷需求， 可采用在電源模塊前端增加儲(chǔ)能電容即可滿足要求。

鐵路電源電磁兼容需求

不同的電氣設(shè)備端口， 對(duì)于 EMI 的要求是不一致的， 對(duì)于蓄電池端口， 在頻率段 9kHz~150kHz

是沒有傳導(dǎo)的限值要求的。 對(duì)于 EMI 要求部分， 中國的鐵標(biāo)和歐標(biāo)的限值是不一致的。 表 4 為

EN50131-3-2 對(duì)蓄電池端口的 EMC 需求， 對(duì)于信號(hào)和通信端口以及過程測量和控制端口也需要

滿足此要求。 中國鐵標(biāo) TB/T 3034 對(duì)于傳導(dǎo)部分的要求為頻率段 150kHz~500KHz， 限值要求

79dBuV 準(zhǔn)峰值 ； 頻率段 500kHz~30MHz， 限值要求 73dBuV 準(zhǔn)峰值。

蓄電池端口對(duì)于 EMS 端口能力如表 4 所示， 需要注意的是浪涌騷擾抗擾度試驗(yàn)的浪涌發(fā)生

器的內(nèi)阻為 42Ω ， 而中國鐵標(biāo) TB/T 3034 對(duì)于浪涌要求是引用 IEC61000-4-5 標(biāo)準(zhǔn)中， 浪涌發(fā)

生器的放電電阻為 2Ω （差模） /12Ω （共模） 。 歐盟標(biāo)準(zhǔn)比中國鐵標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)要求弱很多。

鐵路電源振動(dòng)、 沖擊需求

根據(jù)電子設(shè)備在車輛中的安裝位置， 可分為 3 類：

1類 安裝在車體上

A 級(jí) 安裝在設(shè)置于車輛上面或者下面的設(shè)備箱內(nèi)任何物體

B 級(jí) 安裝在設(shè)置于車輛上面或者下面的設(shè)備箱內(nèi)任何物體

2 類 安裝在轉(zhuǎn)向架上面

3 類 安裝在軸上或者車輛輪上面系統(tǒng)

對(duì)于某些鐵路應(yīng)用， 電子設(shè)備是懸掛在車輛的墻壁上或者置于車廂設(shè)備的箱內(nèi)， 必須滿足

1 類 B 級(jí)要求。 其試驗(yàn)的振動(dòng)、 沖擊試驗(yàn)要求如下：

為了更容易通過沖擊和振動(dòng)要求， 將 DC/DC 電源內(nèi)部灌滿絕緣類環(huán)氧樹脂， 可以很容易阻

擋由于沖擊和振動(dòng)帶來的機(jī)械應(yīng)力。

鐵路電源溫度/濕度需求

機(jī)車車輛外部的環(huán)境溫度為-40℃ ~50℃， 內(nèi)部靠近電子設(shè)備的空氣溫度可能處于-40℃

~70℃之間變化， 靠近印刷 PCB 板周圍的空氣溫度由于器件發(fā)熱等影響， 必須考慮起動(dòng)過程的過

溫等影響， 印刷 PCB 板溫度范圍可到-40℃~85℃。

DC/DC 電源需要滿足嚴(yán)苛的溫度等級(jí) TX 要求， 并且在環(huán)境溫度 85℃情況下， 不應(yīng)引起電源

的熱保護(hù)和車載電子設(shè)備的性能異常。

為了滿足車載電子設(shè)備的過隧道要求， 外部溫度迅速變化過程， 要求外界溫度變化率要求

為 3℃， 其最大變化溫度范圍為 40℃。 并且車輛在長距離運(yùn)行時(shí)， 外界的濕度也在變化中， 需

要車載電子設(shè)備必須經(jīng)受交變濕熱試驗(yàn)。 車載電子設(shè)備的要求型式可靠性試驗(yàn)如下：

鐵路電源隔離耐壓需求

車載電子設(shè)備的介電試驗(yàn)（耐壓試驗(yàn)） 的試驗(yàn)電壓與車載蓄電池的供電電壓相關(guān)， 通過逐

漸升壓， 將試驗(yàn)電壓加載到車載電子設(shè)備上， 并在規(guī)定的等級(jí)電壓上 1min， 期間不應(yīng)出現(xiàn)閃爍

和擊穿現(xiàn)象。 試驗(yàn)要求電壓如表 9.

介電試驗(yàn)電壓優(yōu)先取 50Hz 的交流電壓， 采用相對(duì)于交流電壓的峰值直流電壓也是等同的。

也就是說 2250VDC 的隔離電壓等同于 1500VAC 的隔離電壓要求。需要特別注意的是， 對(duì)于 96VDC、

110VDC 的車載蓄電池供電系統(tǒng)， 其蓄電池電壓可能被充電至大于 125VDC 及以上， 1000VAC 的需

求已不能滿足其要求， 隔離耐壓至少達(dá)到 1500VAC 的要求。

車輛控制電子設(shè)備的供電主要是通過車載蓄電池進(jìn)行供電， 蓄電池可以用電池充電器、 輔

助逆變器和裝有電子調(diào)壓的發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)組充電。 輔助設(shè)備啟動(dòng)或者電池充電器電壓波動(dòng)過

程均會(huì)影響蓄電池的輸出電壓。 在蓄電池的電壓波動(dòng)過程中， 車輛控制電子設(shè)備不應(yīng)該引起功

能的改變。 為了解決車輛控制設(shè)備的行業(yè)應(yīng)用問題， 滿足電壓波動(dòng)和其他特性需求， 需要寬電

壓范圍輸入電源產(chǎn)品滿足需求。

1.0.1 為統(tǒng)一鐵路通信電源設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、使用方便，制定本規(guī)范。

1.0.2 本規(guī)范適用于鐵路通信站、中間站通信機(jī)械室等固定站的新建、改建鐵路通信電源設(shè)計(jì)。

1.0.3 鐵路通信電源設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹國家和鐵路的技術(shù)政策，合理利用資源，執(zhí)行國家防震、消防和環(huán)境保護(hù)等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定。

1.0.4 鐵路通信電源設(shè)計(jì)在保證供電質(zhì)量的前提下，應(yīng)考慮安裝、維護(hù)和使用方便，滿足災(zāi)害等特殊情況下的通信安全。

1.0.5 鐵路通信電源設(shè)計(jì)應(yīng)采用技術(shù)成熟的、通過質(zhì)量認(rèn)證的設(shè)備，并積極利用新能源、采用新技術(shù)。

1.0.6 鐵路通信電源方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮所在地的供電條件、引入方式及運(yùn)用狀態(tài)，將近期建設(shè)與遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃相結(jié)合，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，降低工程造價(jià)和維護(hù)成本。

近期按交付運(yùn)營后5年，遠(yuǎn)期按交付運(yùn)營后10年。

1.0.7 鐵路通信電源系統(tǒng)應(yīng)針對(duì)鐵路運(yùn)輸及通信網(wǎng)等級(jí)位置，實(shí)施集中監(jiān)控管理，逐步達(dá)到少人維護(hù)，無人值守。

1.0.8 鐵路通信電源系統(tǒng)宜是獨(dú)立的供電系統(tǒng)。

1.0.9 鐵路通信電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)保證設(shè)備、人身的安全，保證對(duì)通信設(shè)備不間斷地供電，滿足設(shè)備對(duì)電源的要求。

1.0.10 鐵路通信電源設(shè)計(jì)，除應(yīng)執(zhí)行本規(guī)范外，還應(yīng)執(zhí)行國家現(xiàn)行的有關(guān)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

《鐵路信號(hào)電源》是根據(jù)鐵道信號(hào)專業(yè)中專教學(xué)大綱要求編寫的。內(nèi)容包括信號(hào)設(shè)備供電概況、變壓器、電機(jī)和電器、交流穩(wěn)壓器、開關(guān)電源、蓄電池、信號(hào)電源屏、信號(hào)智能電源屏及UPS供電系統(tǒng)等，有圖冊(cè)與教材配套出版。

《鐵路信號(hào)電源》系中專學(xué)校鐵路信號(hào)專業(yè)教材，可作為城市軌道交通信號(hào)專業(yè)的教材，也可供鐵路信號(hào)工作人員學(xué)習(xí)參考，并可作為職工技術(shù)教育培訓(xùn)教材。

2.0.1 外供電源應(yīng)由外供交流電源和自備發(fā)電電源組成。

2.0.2 外供交流電源可從鐵路地區(qū)變、配電所，鐵路專用專盤專線電源，電力貫通線電源，自動(dòng)閉塞電力線電源及地方電源接引。

2.0.3 自備發(fā)電電源包括自備交流電源和自備直流電源。

2.0.4 鐵路通信電源系統(tǒng)應(yīng)外供電源為主用供電；在無外供交流電源或遠(yuǎn)離外供交流電源的地區(qū)，應(yīng)以自備發(fā)電電源為主用供電。

2.0.5 在具有鐵路地區(qū)變、配電所電源，億里微專用專盤專線電源的鐵路通信站，其外供交流電源宜采用鐵路電源為主供電源，地方電源為備用電源。

2.0.6 在具有電力貫通線及自動(dòng)閉塞電力線的區(qū)段，分所其外供交流電源應(yīng)采用電力貫通線為主供電源，自動(dòng)閉塞電力線為備供電源；中間站通信機(jī)械室，其外供交流電源應(yīng)采用自動(dòng)閉塞電力線為主供電源，電力貫通線為備供電源；主、備供電源可自動(dòng)切換。

2.0.7 自備發(fā)電電源可采用燃油（柴油、汽油）發(fā)電機(jī)組及燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組。

在年日照時(shí)數(shù)大于2000h的地區(qū)，可采用太陽能電源供電；在年平均風(fēng)速大于4m/s的地區(qū)，可采用風(fēng)力發(fā)電電源供電。

2.0.8 外供交流電源根據(jù)通信站、中間站通信機(jī)械室所在地區(qū)的供電條件、供電線路引入方式及供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，可按表2.0.8分為三類。

表2.0.8 外供交流電源的分類