关于LED在铁路色灯信号机上应用的探讨

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V(AC)两种类型，电压范围较宽，设关闭电压，抗浪涌能力强，功率因数90％，总谐波小于20％，工作温度40～74~C，抗振能力符合1999 AREMA和MIL—STD-833 Method 2007标准，抗电干扰能力符合AREMA Section l1．5．1和FCC Title 47 Section 1 5 Class A标准，抗潮湿能力符合IP65标准。

瑞士A C O L 公司是专业生产LED大功率灯具的厂家，长期致力于LED研发和生产，产品品质优良，价格优惠。该公司专为高速铁路研制了窄光束LED发光模块。

英国Variable Message Signs Limited公司生产的VMSL型铁路LED信号机，符合英国铁路路网公司的RT／E／S／10062标准，发光盘采用RIGEL公司的LED技术，光利用率高达90％，独特的盖板和透镜设计，无需遮掩也不会产生灯光幻影。3。散角窄光束设计，确保显示距离大于800 m，并且可内部调节成宽角度，以适合短距离显示的需要。宽电压范围输入(AC 78～131 V )，亮度不变，灭灯后在20 ms内即可迅速关闭。采用机械和电子鉴别装置，有效防止发光盘的错误安装。轴向光强为：红灯850 cd，黄灯2 600 cd，绿灯850 cd。非亮灯状态的平均故障间隔时间(MTBF)大于l 5年。当一条或多条支路故障时，产生非紧急报警。当发光盘电流大于75 mA时产生紧急报警。其维护方法简便，每年只需清洁透镜。

英国Roxboro集团下属的Diallight公司曾专为我国设计892系列LED铁路发光盘，其光强和散角符合我国铁路标准，可提供红、绿、黄、蓝、白5种颜色，供电电压AC 12 V，具有功率因素校正、有效减低谐波干扰等功能。发光为集束面式结构，光线聚焦利用现有信号机透镜，灯丝检测采用L．O．D兼容方式(虚拟继电器)。由于各种原因，此产品并未在我国得到使用。

英国西屋铁路系统公司(Westinghouse Rall Systems Limited)生产的Westled 3000系列LEDge-灯有200 inln、125 inln两种直径，输入电压AC 78～131V，显示距离大于800 m，与现有的双灯丝灯泡兼容，采用双电源供电，全盘88个LED分成两组，由两个独立电源供电。当LED发生50％故障时，可产生输出报警信号，也可向联锁电路输出故障信号。灯盘安装有测试按钮，可对每个LED供电电路进行检测，通过电阻调节，确保回路电流和灯泡相同。当电流小于50 mA时，输出报警信号。每年只需维修检查一次。

德国西门子公司生产的LED信号机主要与城市轻轨系统配套。其中LED 70型在隧道内使用，整个发光盘采用3 0个L E D，与具有透镜的Classic St 70型光学机构配合组成信号机。LED l36型则适合在隧道外使用，适用速度可达l20 km／h或l60km／h，发光盘由60个LED组成。LED发光盘设计与双丝灯泡兼容，并设有白天／夜间开关，可根据时间和天气变化调节发光亮度。控制电

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路具有闪烁工作模式，可产生闪光信号，满足城市轻轨对信号的控制要求。

英国Signal H0use公司开发的铁路干线LED信号机，采用亮度反馈控制技术，满足英国铁路信号机的亮度标准，其信号色坐标可在整个温度范围内达p际准要求。它设有检测电路，当显示偏离标准时，电路自动关闭。电路关闭后，具有很小的空载电流。发光盘可设计成适合任何交流电压，其装置元件少，可靠性高，具有恒功率控制功能和寿命告警功能，适合在标准基座上安装。 1.2 应用状况

加拿大运输部运输发展中心专门就平交道口LED信号显示技术立项进行深入研究，并制定了技术标准，美国、英国也制定了相应的LED道口信号技术标准。2004年l’GELcore公司为美国铁路客运公司 Amtrak)在东北走廊的宾夕法尼亚’纽约、德拉瓦、马里兰等地安装了像3和RM4型LED信号机。同年，英国Tube Lines铁路客运公司向西屋公司订购了数十套125 mm规格的EE1)信号机，安装在伦敦地铁Jubileej~4N：线上，替代灯丝信号机。

目前，已有数以万计的LED信号机在美国、英国、法国、德国、澳大利亚等国投入使用。

2.我国LED信号机发展状况

我国铁路有约20万台高柱或矮型色灯信号机，这些信号机是以双灯丝白炽灯泡为光源，灯泡的寿命只有1000小时。由于LED具有众所周知的耗电少、寿命长、安全可靠的优点，一些单位98年开始进行这种新型光源在铁路信号领域的试验与研制，取得明显进展。

总的形势是发展速度快。三年前发光强度只能做到几百cd，两年前红、绿颜色能达到2000cd以上，黄色、月白色的光强度及颜色还不能达到铁标要求，近一年来发光强度明显提高，红光、绿光已能做到5000cd以上，达到国外西门子产品的光强度水平，五种颜色经过改进也能满足现有铁道行业标准规定的颜色范围。目前至少已有八家生产或研制LED色灯信号机构，有多家进行了产品的检测，有的经过铁道部技术审查。有约一千多台LED色灯信号机在秦沈客运专线、北京局、青藏线等铁路现场投入使用，受到用户的欢迎。

铁道部科技司于2003年组织有关单位制定了《LED铁路信号机构技术条件（暂行）》，统一了技术要求，为进一步推广打下了基础。铁道部产品质量监督检验中心通信信号检验站做了大量产品检验工作。

不仅地面信号机，而且手信号灯、客车床头阅读灯、安全标志灯等铁路信

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号及照明产品上也开使用LED，LED手信号灯已在铁路现场大量应用，使产品性能明显提高，铁科院通号所于2010年完成适用于LED手信号灯和床头阅读灯的铁道部行业标准制定工作。

四 ＬＥＤ信号机在铁路上应用的主要问题

早期LED信号机的主要问题反映在LED的光学参数上，英国专家H．Barton在第六届“铁路线路、信号及构筑物维护与更新”国际会议上指出，黄色LED的色坐标随温度变化较大，可能超出铁路标准规定范围。LED的发光原理和灯泡不同，对LED显示效果的评估不能沿用原有的方法。随着LED的技术发展，LED光学问题已基本得到解决。目前，LED在铁路应用中主要存在以下问题。

(1)功率匹配。由于LED的发光效率高，在同等光强下，LED发光盘需要的功率比白炽灯泡小。如用LED替换25W灯泡时，大约需要4～8W。电压和电流决定功率的大小，当控制电路的输出电压一定时，由于灯丝继电器的工作需要，电流不能减小。因此，直接替换遇到了困难，为了与既有设备直接接口，可能要人为增大LED 发光盘的功耗。这不仅丧失了LED节能的优点，也增加了发光盘的发热，缩短了发光盘的使用寿命。

(2)灯丝检查。铁路信号机应具备的基本功能是在灯点亮时进行热丝检查，用于确认信号已正确显示示。在灯熄灭时进行冷丝检查，用于检查灯丝是否完整， 预防信号不能开放。考虑到设备兼容，同样需要对LED信号机的灯丝检查功能。但对LED发光盘进行灯丝检查时，情况和灯泡不同，冷丝检查一般可用脉冲电流进行。由于脉冲检查电流小，不会点亮灯泡信号机。而在LED信号机中，脉冲检查可使LED产生可见光。灭灯状态下产生可见光，在铁路信号中是绝不允许的。

(3)灯丝安全。灯泡由灯丝发热而亮灯，具有明显的两值特性，灯丝正常状态亮灯，断丝而灭灯。而LED发光盘本身不具有明显的两值特性，当LED部分短路时，其电流增加而亮度减小。而且LED还容易受干扰或感应而亮灯，存在安全问题。

五 推广LED铁路信号机的几点建议

虽然LED信号灯具有上述优点，但是在铁路上推广的速度还是较慢，在此提出影响LED信号机推广的原因和建议：

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1．铁路运输生产以安全为前提，特别是指挥列车运行的色灯信号机必须十分安全可靠，每个部件包括信号灯泡、透镜、继电器等均按铁道部行业标准生产，不能随意改变。比如现有信号机点灯电路中使用JZXC-H18型灯丝监督继电器，其工作电流为100mA，释放电流为40mA，用LED替代灯泡后电流减少，继电器无法吸起，须要对继电器进行改造。这些变化须经过大量试验验证后才能投入使用。

2．LED是新光源，性能受环境条件、生产工艺、材料质量和电路设计影响较大，各厂家生产的LED信号机均不相同，LED的选择、电路、电源各不相同，难于互换，出现故障时不易在现场排除。长期使用后颜色漂移也会漂移，应不断积累LED信号机长期使用中出现的问题并加以解决。

3．LED寿命是10万小时，用户更关心的是整个系统的使用寿命，相关的元件也应做到长寿命、少维护。

4．目前铁路LED信号机的价格偏高，一台高柱三显示LED信号机价格为一万多元，有的是一万七千元，而现有信号机只有三千元左右，相差悬殊，用户很难接受。随着技术的飞速发展，有理由相信LED的质量和性能会不断提高，价格会很快下降。

六 结束语

铁路信号采用LED技术，具有节能、可视性好、免调整、免维护、长寿命等优点，发展前景良好。LED具有和白炽灯泡完全不同的特性，但LED直接替换灯泡需要研究新的电路和控制方式，才能充分发挥其优势。LED作为新型光源，只要设计合理、使用适当，同样具有可靠的故障安全特性。

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