城市軌道交通信號UPS供電方案研究

鄺香琦

（武漢鐵路職業技術學院，湖北 武漢 430073）

0 引 言

信號電源屏作為信號系統的供電設備，其供出電源的質量將影響到信號設備的正常工作，進而影響到行車的效率和安全，需要根據現場的實際情況選取合適的信號電源配置方案。

1 城市軌道交通信號電源系統的構成

城市軌道交通信號電源系統主要由智能電源屏、UPS以及蓄電池組成。來自配電箱的兩路可靠且獨立的交流380 V/220 V電源，引入城市軌道信號電源系統，經處理后分別向聯鎖、區域控制器以及列車自動監控系統等供電。

傳統信號電源屏存在穩定性差、可靠性差以及難以維護等問題。信號智能電源屏的出現改善了機械電源屏存在的這些問題。它采用模塊化設計思想，在現場設計施工時可通過增加或減少模塊來滿足現場設備的用電需求。當確定某一模塊故障時，只需更換對應的模塊即可，大大降低了電源屏維護工作量。

UPS是指不間斷供電系統，為地鐵信號設備提供穩定不間斷的電源。它由變流器、開關以及蓄電池組成，在輸入電源故障時能通過蓄電池為負載供電。蓄電池是一種可以反復充放電的電池，與UPS配套使用時，通過UPS中的逆變器將其儲存的電能轉換成市電，使得信號設備在停電的情況下能夠正常工作一定的時間。

2 城市軌道交通信號UPS供電的配置方案

我國城市軌道交通建設的建設規范和準則未對信號電源配置的冗余性質做出明確規定，故不同軌道交通線路的信號電源配置方案可能存在差別。通過分析整合運行線路，確定如下的信號電源系統配置方案。

2.1 單UPS

單UPS是指信號電源系統配置方案中只設置一套UPS設備，包括兩種情況。

2.1.1 單UPS（不帶轉轍機）+穩壓器

單UPS（不帶轉轍機）+穩壓器方案配置如圖1所示。由配電箱引入兩路可靠的獨立電源，經電源切換單元處理后，輸出一路送入后續模塊。計軸、信號機以及聯鎖機等設備對供電電源的穩定性有要求，其所需的電源需經穩壓器處理后送至UPS，然后經過后續對應模塊處理供電。對于其他一些對電源穩定性要求不高的設備，其所需的電源直接由電源切換單元送至UPS，經過后續模塊處理送入設備[1]。

圖1 單UPS（不帶轉轍機）+穩壓器方案

I、II路電源正常的情況下，由電源切換單元選擇哪一路供電。若正在工作的一路輸入電源故障，則電源切換單元自動倒向另外一路電源供電。若兩路電源均故障，則由蓄電經UPS向外圍設備供電，保證外圍設備在一定時間內正常工作。這種配置方案應用于大連地鐵1號線和2號線、福州地鐵1號線、蘭州地鐵1號線以及鄭州地鐵2號線等。

2.1.2 單UPS（帶轉轍機）+穩壓器

單UPS（帶轉轍機）+穩壓器配置方案與單UPS（不帶轉轍機）+穩壓器配置方案的區別在于，交流轉轍機電源模塊所需的電源由UPS向轉轍機模塊供給，而不是由電源切換模塊直接供給的。這種配置方案應用在南昌地鐵1號線和2號線、北京地鐵昌平線以及石家莊地鐵1號線等。

2.2 雙UPS

雙UPS是指信號電源系統配置方案中設置兩套UPS設備，具體有以下3種情況。

2.2.1 雙UPS（不帶轉轍機）

雙UPS（不帶轉轍機）方案配置如圖2所示。該配置方案中設置了兩套UPS，互為熱備。一套UPS故障后，另一臺UPS能夠接替故障機向后續設備供電。這種供電方式的可靠性較單UPS供電方式有很大提高，目前已應用于蘇州地鐵1號線和長沙地鐵2號線等。

圖2 雙UPS（不帶轉轍機）方案

2.2.2 雙UPS（帶轉轍機）

雙UPS（帶轉轍機）配置方案與雙UPS（不帶轉轍機）配置方案的區別在于轉轍機電源模塊的供給是從UPS送入的，工作原理與雙UPS（不帶轉轍機）相同，應用于天津地鐵6號線等。

2.2.3 雙UPS（不帶轉轍機）+穩壓器

雙UPS（不帶轉轍機）+穩壓器配置方案如圖3所示。這種配置方案的工作原理同雙UPS（帶轉轍機）的區別在于，輸入UPS的電源可根據實際需求通過穩壓器集中穩壓，有來自于經過穩壓器處理后的和直接輸入UPS的兩種電源。該配置方案應用無錫地鐵1號線和2號線，以及蘇州地鐵2號線和4號線等。

2.3 雙母線（不帶轉轍機）

雙母線（不帶轉轍機）配置方案如圖3所示。其中，兩臺UPS互為雙機熱備，每一套UPS通過自身母線向外圍模塊供電。當兩UPS中任一個UPS模塊或者供電母線線路出現故障時，互不影響，從而提高了系統的可靠性。該配置方案應用于廣州地鐵7號線以及上海地鐵5號線、8號線、9號線、10號線、13號線等。

圖3 雙母線(不帶轉轍機)方案

2.4 UPS整合

UPS電源整合是軌道交通UPS電源的開展方案。整合弱電體系UPS有利于對各UPS電源體系的硬件整合和匯集放置，便于統一管理，可實現資源共享，減少設備占地面積，降低土建工程造價[2]。

2.4.1 UPS整合（不帶轉轍機）

UPS（不帶轉轍機）配置方案如圖4所示。系統輸入的電源經UPS后向外圍弱電系統供出所需要的電源，但交流轉轍機所需的電源需通過電源切換單元處理，然后送入電源屏模塊并經其處理后，最后送給交流轉轍機。這種配電方案對UPS設備的要求較高，應用于天津地鐵2號線、天津地鐵3號線以及新津有軌電車等。

圖4 UPS整合(不帶轉轍機)方案

2.4.2 UPS整合（帶轉轍機）

UPS（帶轉轍機）配置方案與UPS（不帶轉轍機）配置方案的區別在于轉轍機電源模塊的輸入來源于UPS，其工作原理與UPS（不帶轉轍機）相同。該配置方案應用于北京地鐵6號線。

3 配置方案分析

3.1 單UPS、雙UPS、雙母線以及UPS整合分析

單UPS的配置方案中，若UPS單點故障，則將會影響信號系統的穩定運作。雙UPS的配置方案中設置了兩套UPS，當一套UPS故障時，另外一套UPS能代替其工作，從而提升了系統的可靠性和可用性，但兩者共用同一條母線，若母線故障，則將會導致UPS整個供電系統的癱瘓。針對這個問題，本文提出了雙母線UPS的配置，進一步提升了系統的可靠性和可用性。UPS整合將通信和信號等系統的供電整合在一起，由UPS集中供電。這種配置方案一方面節約了施工成本，另一方面降低了維保復雜度。

3.2 UPS不帶轉轍機和UPS帶轉轍機配置方案分析

UPS不帶轉轍機和UPS帶轉轍機兩種配置方案中，當I路和II路電源輸入均故障時，前者的交流轉轍機設備無法正常工作，將會影響到行車效率甚至行車安全，而后者的蓄電池可通過UPS處理向轉轍機供出電源，維持轉轍機在一定時間內正常動作，對行車效率影響相對較小。

3.3 UPS+穩壓器和UPS配置方案分析

UPS+穩壓器和UPS兩種配置方案中，前者可根據實際需求采用穩壓器集中穩壓后送入UPS，經其處理后，送入對電壓穩定性有較高要求的設備，便于維護保養，后者則是將穩壓分散在UPS后續的各個模塊。

4 結 論

單UPS、雙UPS、雙母線以及UPS整合等不同UPS電源方案的配置，在可靠性和可用性不斷提升的同時，施工成本和技術要求等也有所提升，而且隨著軌道交通信號設備智能化程度的提升，對電源質量的要求也越來越苛刻。電源屏配置方案的設計，不僅需要從軌道交通對信號系統的安全性、可靠性以及穩定性3個方面出發，還需考慮現場的實際需求、相關文件的要求以及工程造價等，以保證城市軌道交通信號系統的供電安全。