城市軌道交通信號電源系統(tǒng)可靠性探究

劉明

摘要：本文對目前我國城市軌道交通信號電源系統(tǒng)的基本構成進行了簡單的分析，并對各種供電方式的可靠性問題進行了探討，以期對有關人員提供有益的借鑒。

關鍵詞：城市軌道;交通信號;供電系統(tǒng);基本構成

引言：由于城市軌道交通具有高密度、正點要求高的特性，所以對信號系統(tǒng)的可靠性要求很高。由于我國的現代通信技術發(fā)展相對滯后，在過去的十多年里，很多城市軌道線路都引進了國外先進的信號系統(tǒng)，而國內對這些設備的可靠性要求也很低，這就導致很多新線集中建設、運營，建設部門對信號系統(tǒng)的可靠性要求，只能參考其他系統(tǒng)的可靠性標準，根據自己的經驗提出建議。

1.電源系統(tǒng)結構分析

通常，電源系統(tǒng)的主要結構由兩個主要部件組成：電源屏和UPS裝置。該系統(tǒng)的主要功能是提供交流和直流電源，并具備電源切換、電流轉換、防雷等功能。當電網主路發(fā)生故障不能穩(wěn)定供電時，它可以實現自動開關，確保供電的連續(xù)性。正如它的名字所暗示的那樣，它的主要功能就是將外界的電流轉化為負載達標的交流電，從而防止因為高壓電流而導致信號系統(tǒng)的故障。UPS裝置的主要作用在于供電的連續(xù)性，UPS裝置的使用，不但可以保證信號系統(tǒng)的連續(xù)供電，而且還可以提高供電質量，即使是在配電網發(fā)生故障的情況下，也可以保證一定的供電。在配電網正常工作的情況下，UPS裝置可以從配電網獲得電能，將其供給到信號系統(tǒng)，并對其本身的蓄電池進行充電。

2.電源系統(tǒng)設備方案

2.1單UPS方案

在單UPS模式下，其供電方式相對來說比較簡單，即外部電網由兩條線路與供電屏幕相連，然后由供電屏幕供電。在這種情況下，電源屏幕和信號系統(tǒng)之間的聯(lián)系被分成了兩個部分，每個部分都有一個獨立的變壓器，如果一條線路發(fā)生了故障，那么它只能對一條線路進行單獨的控制，而不會導致整個系統(tǒng)停電。另外，其它電子裝置采用并聯(lián)的方法來獲得電能，例如繼電器等，這就使單個的電氣裝置受到影響范圍有限，因而獲得較好的控制效果。

2.2雙UPS方案

在這個方案中，電源屏和UPS都是雙份的，這樣就有了兩種不同的供電方式。兩個UPS裝置與多個電網相連，達到了雙保險功能。

2.3綜合UPS方案

綜合UPS系統(tǒng)是一種綜合、復雜的系統(tǒng)，它涉及到信號、通信、自動預警、監(jiān)控等技術的集成。這個裝置的核心部分就是弱電系統(tǒng)，它們和UPS設備有著特殊的聯(lián)系。從負載連接的角度出發(fā)，綜合UPS與單UPS有相同之處，即當某個UPS設備發(fā)生故障時，可以通過轉換開關進行UPS設備的連接，保證供電的連續(xù)性。在實際操作中，BAS系統(tǒng)會實時監(jiān)測整個系統(tǒng)的結構，并對其各部分的工作參數進行分析，當某個部分發(fā)生了異常操作，也就是故障時，BAS就會將報警信息反饋給FAS，通過FAS將故障信息反饋給總控系統(tǒng)，實現對故障的自動監(jiān)測，并且可以對故障點進行精確的判定，為維修人員提供基礎的故障參數。

3.城市軌道交通信號電源系統(tǒng)技術

3.1綜合UPS供電技術

綜合UPS供電方案是將信號、通信、FAS（火災報警系統(tǒng)）、BAS（環(huán)境設備監(jiān)控系統(tǒng)）、AFC（自動售檢票）等弱電系統(tǒng)一起集中設置UPS電源。在此方案中，外部電力網絡的兩個輸入端先經過兩個冗余的UPS，再用機械聯(lián)鎖的電子開關將電力輸送至供電母線上。各子系統(tǒng)采用分時切斷線路，從總電源上獲取電力。采用一體化UPS供電方案，將各個UPS電源的硬件集成、集中配置，實現設備的統(tǒng)一維修和管理，降低了設備的重復配置，實現了資源的共享，節(jié)約了設備的投資，同時，減少設備場地，降低車站的土建費用。UPS容量大，耐沖擊性能好。然而，這種方法也有缺點：（1）在建設中，由于各子系統(tǒng)的建設進度不統(tǒng)一，當信號系統(tǒng)設備需要進行調試時，其它弱電系統(tǒng)的電源容量還沒有確定，所以不能進行統(tǒng)一的UPS投標，很難建立起一套安全、高效的電力供應系統(tǒng)，從而影響整個項目的建設。（2）宏觀上，電力供應和負荷系統(tǒng)均為雙向多路供電。然而，對各個子系統(tǒng)來說，實際上只有一個方向的電力來自于總線。這樣，這種電源系統(tǒng)的可靠性、安全性都不夠。

3.2信號集中式獨立供電技術

在信號集中式獨立供電模式下，信號源與其它弱電系統(tǒng)是完全分開的，專門為信號系統(tǒng)提供UPS。外部電力網對UPS進行了直接的電力供給，再由智能電力屏對各信號裝置進行單獨的供電。自我國首條地鐵線路問世，至今已有相當成熟的應用經驗，從電力系統(tǒng)的生產、供貨、使用、維護等各個環(huán)節(jié)，逐步建立起一套完善的電力供應系統(tǒng)。本方案具有UPS容量大、耐沖擊性能好的特點，設備比較集中，備件數量少，易于統(tǒng)一的維修和管理。然而，這個計劃也有一個顯而易見的缺點：（1）應單獨提供一個信號系統(tǒng)的電力室。因為信號供電系統(tǒng)要達到高安全性，所以UPS信號的配置要冗余，所以占地面積大，土建費用也相應增加。（2）在任何一種信號裝置發(fā)生故障或短路的情況下，UPS將自動切換至旁路，從而使信號裝置直接從外部電網獲得電力，無法保證電力質量。

4.可靠性分析

單UPS的關鍵是UPS裝置，當UPS裝置發(fā)生故障時，與UPS裝置相連的負荷裝置會發(fā)生停電，從而使整個系統(tǒng)的可靠性降低。單UPS的最大優(yōu)勢是它可以使整個電力系統(tǒng)得到極大的簡化，但它的可靠性要比雙UPS低，但是因為設備數量少，所以它的失效幾率很小，這既有利于后續(xù)的維修，又具有經濟上的特點。同時，當裝置總容量不大時，單一UPS系統(tǒng)不會占用大量的室內空間，而且可以在更小的室內空間中使用，并且具有更高的綜合成本效益。雙UPS的優(yōu)點在于它的雙保險，但由于設備數量龐大，故障率、維護工作量、占地面積等都不具備優(yōu)越性，而且它的前期投資和維護費用也比其它方案要高。

結束語

城市軌道交通信號系統(tǒng)是城市軌道交通控制系統(tǒng)的核心，它承擔著各種控制和調度的任務，供電是保證其正常工作的基本動力，因此供電的可靠性和穩(wěn)定性直接關系到城市軌道交通的安全。所以，加強對地鐵信號供電可靠性的研究，將有助于改善我國軌道交通的運營質量。

參考文獻

[1]郎方.城市軌道交通信號電源系統(tǒng)可靠性探究[J].探索科學，2019（2）：1.