城市軌道交通信號電源系統可靠性探究

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;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，所以對信號系統的可靠性要求很高。由于我國的現代通信技術發展相對滯后，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，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的可靠性要求，只能參考其他系統的可靠性標準，根據自己的經驗提出建議。

1.電源系統結構分析

通常，電源系統的主要結構由兩個主要部件組成：電源屏和UPS裝置。該系統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。當電網主路發生故障不能穩定供電時，它可以實現自動開關，確保供電的連續性。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的故障。UPS裝置的主要作用在于供電的連續性，UPS裝置的使用，不但可以保證信號系統的連續供電，而且還可以提高供電質量，即使是在配電網發生故障的情況下，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，并對其本身的蓄電池進行充電。

2.電源系統設備方案

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之間的聯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停電。另外，其它電子裝置采用并聯的方法來獲得電能，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系統是一種綜合、復雜的系統，它涉及到信號、通信、自動預警、監控等技術的集成。這個裝置的核心部分就是弱電系統，它們和UPS設備有著特殊的聯系。從負載連接的角度出發，綜合UPS與單UPS有相同之處，即當某個UPS設備發生故障時，可以通過轉換開關進行UPS設備的連接，保證供電的連續性。在實際操作中，BAS系統會實時監測整個系統的結構，并對其各部分的工作參數進行分析，當某個部分發生了異常操作，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，實現對故障的自動監測，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）、BAS（環境設備監控系統）、AFC（自動售檢票）等弱電系統一起集中設置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，再用機械聯鎖的電子開關將電力輸送至供電母線上。各子系統采用分時切斷線路，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，由于各子系統的建設進度不統一，當信號系統設備需要進行調試時，其它弱電系統的電源容量還沒有確定，所以不能進行統一的UPS投標，很難建立起一套安全、高效的電力供應系統，從而影響整個項目的建設。（2）宏觀上，電力供應和負荷系統均為雙向多路供電。然而，對各個子系統來說，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是完全分開的，專門為信號系統提供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，從電力系統的生產、供貨、使用、維護等各個環節，逐步建立起一套完善的電力供應系統。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的電力室。因為信號供電系統要達到高安全性，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裝置發生故障時，與UPS裝置相連的負荷裝置會發生停電，從而使整個系統的可靠性降低。單UPS的最大優勢是它可以使整個電力系統得到極大的簡化，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是城市軌道交通控制系統的核心，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可靠性探究[J].探索科學，2019（2）：1.