城市軌道交通信號(hào)電源系統(tǒng)可靠性探究

劉明

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

關(guān)鍵詞：城市軌道;交通信號(hào);供電系統(tǒng);基本構(gòu)成

引言：由于城市軌道交通具有高密度、正點(diǎn)要求高的特性，所以對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的可靠性要求很高。由于我國的現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展相對(duì)滯后，在過去的十多年里，很多城市軌道線路都引進(jìn)了國外先進(jìn)的信號(hào)系統(tǒng)，而國內(nèi)對(duì)這些設(shè)備的可靠性要求也很低，這就導(dǎo)致很多新線集中建設(shè)、運(yùn)營，建設(shè)部門對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的可靠性要求，只能參考其他系統(tǒng)的可靠性標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)提出建議。

1.電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

通常，電源系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)由兩個(gè)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(zhuǎn)換、防雷等功能。當(dāng)電網(wǎng)主路發(fā)生故障不能穩(wěn)定供電時(shí)，它可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)，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(zhuǎn)化為負(fù)載達(dá)標(biāo)的交流電，從而防止因?yàn)楦邏弘娏鞫鴮?dǎo)致信號(hào)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(hào)系統(tǒng)的連續(xù)供電，而且還可以提高供電質(zhì)量，即使是在配電網(wǎng)發(fā)生故障的情況下，也可以保證一定的供電。在配電網(wǎng)正常工作的情況下，UPS裝置可以從配電網(wǎng)獲得電能，將其供給到信號(hào)系統(tǒng)，并對(duì)其本身的蓄電池進(jìn)行充電。

2.電源系統(tǒng)設(shè)備方案

2.1單UPS方案

在單UPS模式下，其供電方式相對(duì)來說比較簡單，即外部電網(wǎng)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(hào)系統(tǒng)之間的聯(lián)系被分成了兩個(gè)部分，每個(gè)部分都有一個(gè)獨(dú)立的變壓器，如果一條線路發(fā)生了故障，那么它只能對(duì)一條線路進(jìn)行單獨(dú)的控制，而不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)UPS裝置與多個(gè)電網(wǎng)相連，達(dá)到了雙保險(xiǎn)功能。

2.3綜合UPS方案

綜合UPS系統(tǒng)是一種綜合、復(fù)雜的系統(tǒng)，它涉及到信號(hào)、通信、自動(dòng)預(yù)警、監(jiān)控等技術(shù)的集成。這個(gè)裝置的核心部分就是弱電系統(tǒng)，它們和UPS設(shè)備有著特殊的聯(lián)系。從負(fù)載連接的角度出發(fā)，綜合UPS與單UPS有相同之處，即當(dāng)某個(gè)UPS設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行UPS設(shè)備的連接，保證供電的連續(xù)性。在實(shí)際操作中，BAS系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并對(duì)其各部分的工作參數(shù)進(jìn)行分析，當(dāng)某個(gè)部分發(fā)生了異常操作，也就是故障時(shí)，BAS就會(huì)將報(bào)警信息反饋給FAS，通過FAS將故障信息反饋給總控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的自動(dòng)監(jiān)測，并且可以對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行精確的判定，為維修人員提供基礎(chǔ)的故障參數(shù)。

3.城市軌道交通信號(hào)電源系統(tǒng)技術(shù)

3.1綜合UPS供電技術(shù)

綜合UPS供電方案是將信號(hào)、通信、FAS（火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)）、BAS（環(huán)境設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)）、AFC（自動(dòng)售檢票）等弱電系統(tǒng)一起集中設(shè)置UPS電源。在此方案中，外部電力網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)輸入端先經(jīng)過兩個(gè)冗余的UPS，再用機(jī)械聯(lián)鎖的電子開關(guān)將電力輸送至供電母線上。各子系統(tǒng)采用分時(shí)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(gè)UPS電源的硬件集成、集中配置，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的統(tǒng)一維修和管理，降低了設(shè)備的重復(fù)配置，實(shí)現(xiàn)了資源的共享，節(jié)約了設(shè)備的投資，同時(shí)，減少設(shè)備場地，降低車站的土建費(fèi)用。UPS容量大，耐沖擊性能好。然而，這種方法也有缺點(diǎn)：（1）在建設(shè)中，由于各子系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)度不統(tǒng)一，當(dāng)信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備需要進(jìn)行調(diào)試時(shí)，其它弱電系統(tǒng)的電源容量還沒有確定，所以不能進(jìn)行統(tǒng)一的UPS投標(biāo)，很難建立起一套安全、高效的電力供應(yīng)系統(tǒng)，從而影響整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)。（2）宏觀上，電力供應(yīng)和負(fù)荷系統(tǒng)均為雙向多路供電。然而，對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)來說，實(shí)際上只有一個(gè)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(hào)集中式獨(dú)立供電技術(shù)

在信號(hào)集中式獨(dú)立供電模式下，信號(hào)源與其它弱電系統(tǒng)是完全分開的，專門為信號(hào)系統(tǒng)提供UPS。外部電力網(wǎng)對(duì)UPS進(jìn)行了直接的電力供給，再由智能電力屏對(duì)各信號(hào)裝置進(jìn)行單獨(dú)的供電。自我國首條地鐵線路問世，至今已有相當(dāng)成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，從電力系統(tǒng)的生產(chǎn)、供貨、使用、維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)，逐步建立起一套完善的電力供應(yīng)系統(tǒng)。本方案具有UPS容量大、耐沖擊性能好的特點(diǎn)，設(shè)備比較集中，備件數(shù)量少，易于統(tǒng)一的維修和管理。然而，這個(gè)計(jì)劃也有一個(gè)顯而易見的缺點(diǎn)：（1）應(yīng)單獨(dú)提供一個(gè)信號(hào)系統(tǒng)的電力室。因?yàn)樾盘?hào)供電系統(tǒng)要達(dá)到高安全性，所以UPS信號(hào)的配置要冗余，所以占地面積大，土建費(fèi)用也相應(yīng)增加。（2）在任何一種信號(hào)裝置發(fā)生故障或短路的情況下，UPS將自動(dòng)切換至旁路，從而使信號(hào)裝置直接從外部電網(wǎng)獲得電力，無法保證電力質(zhì)量。

4.可靠性分析

單UPS的關(guān)鍵是UPS裝置，當(dāng)UPS裝置發(fā)生故障時(shí)，與UPS裝置相連的負(fù)荷裝置會(huì)發(fā)生停電，從而使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性降低。單UPS的最大優(yōu)勢是它可以使整個(gè)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?yàn)樵O(shè)備數(shù)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(jīng)濟(jì)上的特點(diǎn)。同時(shí)，當(dāng)裝置總?cè)萘坎淮髸r(shí)，單一UPS系統(tǒng)不會(huì)占用大量的室內(nèi)空間，而且可以在更小的室內(nèi)空間中使用，并且具有更高的綜合成本效益。雙UPS的優(yōu)點(diǎn)在于它的雙保險(xiǎn)，但由于設(shè)備數(shù)量龐大，故障率、維護(hù)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(hù)費(fèi)用也比其它方案要高。

結(jié)束語

城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)是城市軌道交通控制系統(tǒng)的核心，它承擔(dān)著各種控制和調(diào)度的任務(wù)，供電是保證其正常工作的基本動(dòng)力，因此供電的可靠性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到城市軌道交通的安全。所以，加強(qiáng)對(duì)地鐵信號(hào)供電可靠性的研究，將有助于改善我國軌道交通的運(yùn)營質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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