胡峰

（北京市地鐵運營有限公司通信信號分公司，北京 100089）

0 引言

近年來，我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，地鐵牢牢占據(jù)城市公共交通主力地位。地鐵通信系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運行是地鐵正常運營的保障，而地鐵通信電源系統(tǒng)承載車站、控制中心設(shè)備等重要設(shè)施供電任務(wù)，是通信系統(tǒng)運行基本保障。因此，對地鐵通信電源系統(tǒng)在構(gòu)成、現(xiàn)狀、改進方案等方面進行分析和討論具有重要意義。

1 地鐵通信電源系統(tǒng)主要供電技術(shù)分析

1.1 不間斷供電技術(shù)

在地鐵通信電源系統(tǒng)中，不間斷電源（UPS）是非常重要的組件之一，能夠為地鐵通信系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)提供保障，使地鐵各交通設(shè)施之間安全、穩(wěn)定地傳輸數(shù)據(jù)。地鐵通信系統(tǒng)不間斷電源是一個多部件構(gòu)成的應(yīng)急系統(tǒng)，主要由蓄電池、逆變器、整流裝置、靜態(tài)開關(guān)等部件組成。在常規(guī)供電情況下，不間斷電源系統(tǒng)能夠穩(wěn)壓、穩(wěn)頻，保障供電系統(tǒng)提供的電力質(zhì)量，使整個通信系統(tǒng)運行更加平穩(wěn)。在常規(guī)工況下，不間斷電源系統(tǒng)通過常規(guī)供電向自身系統(tǒng)中蓄電池充電，防備出現(xiàn)突發(fā)應(yīng)急情況。當外部供電因故停電后，不間斷電源系統(tǒng)開啟自身工作模式，蓄電池中電量通過逆變器向通信系統(tǒng)提供電力，做到供電無間隙，在外部供電停止的狀態(tài)下依然可以保證通信系統(tǒng)較長時間正常工作，為處理突發(fā)事件贏得時間。

1.2 交流電供電技術(shù)

交流供電系統(tǒng)是地鐵通信供電系統(tǒng)第二大主要組件，在常規(guī)工作狀態(tài)下為通信系統(tǒng)提供電力。該系統(tǒng)主要由主線路、備用線路、配電箱等構(gòu)成。在地鐵通信電源供電系統(tǒng)中，交流電供電技術(shù)主要應(yīng)用在常規(guī)供電中，由交流配電箱、主用線路、備用線路等部分組成。在實際應(yīng)用中，與不間斷電源系統(tǒng)高度集成，實現(xiàn)交流外部供電和不間斷電源系統(tǒng)之間無縫銜接，大幅度提升綜合供電系統(tǒng)穩(wěn)定性。在系統(tǒng)中，配電箱處于交流供電技術(shù)核心位置，承擔(dān)交流電源轉(zhuǎn)換和配電任務(wù)，保障整個外部供電系統(tǒng)穩(wěn)定性。當中的電源切換盤支持手動和自動兩種工作模式，同時具備電氣聯(lián)鎖和機械聯(lián)鎖，加上配電箱中還配備有過載、防雷、浪涌吸收等各種保護裝置，最大限度降低突發(fā)情況對外部供電系統(tǒng)運行的影響[1]。

1.3 直流電供電技術(shù)

在地鐵通信電源系統(tǒng)中，另一項供電技術(shù)是直流供電技術(shù)。在該技術(shù)領(lǐng)域中，直流高頻開關(guān)電源、蓄電池用并聯(lián)浮充的方式集成在一起，在工作中交流配電屏將交流電源引入，之后轉(zhuǎn)化為恒定48V 直流輸出給通信設(shè)備使用，達到設(shè)備穩(wěn)定運行效果。該項技術(shù)是外部交流供電技術(shù)之補充，在地鐵通信供電系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。以大連1 號線和2 號線地鐵為例，通信設(shè)備中的電話交換機、傳輸設(shè)備等均采用直流供電技術(shù)，增強了通信穩(wěn)定性[2]。

2 地鐵通信電源安全控制重要性及安全現(xiàn)狀

2.1 地鐵通信電源安全控制重要性

地鐵建設(shè)年代存在代差，所應(yīng)用技術(shù)雖在基本構(gòu)成上大致相同，但在通信和自動控制方便差異較大。目前調(diào)查顯示，一部分地鐵通信電源存在安全級別不夠、防護措施不到位、供電獨立性差等基本問題。地鐵安全運行依賴于通信系統(tǒng)信號穩(wěn)定傳輸、精確在線監(jiān)測、準確數(shù)據(jù)診斷等，通信電源系統(tǒng)則為通信系統(tǒng)提供穩(wěn)定電力供應(yīng)。如果地鐵通信電源系統(tǒng)出現(xiàn)問題，直接表現(xiàn)為不能為通信系統(tǒng)提供穩(wěn)定供電，必然對整個地鐵正常運行造成損害。輕則丟失通信數(shù)據(jù)，造成通信鏈路不通暢；重則會使地鐵系統(tǒng)失控、癱瘓。因此，做好地鐵通信電源各項安全控制措施，對可能出現(xiàn)的情況提前做好預(yù)測和防范，始終使通信電力供應(yīng)系統(tǒng)處于良好工作狀態(tài)，對于保障地鐵系統(tǒng)平穩(wěn)運行、保障人身安全和國家財產(chǎn)安全具有重大意義[3]。

2.2 地鐵通信電源安全現(xiàn)狀分析

對運營中地鐵通信電源系統(tǒng)進行調(diào)查和分析，發(fā)現(xiàn)問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，通信電源與周圍電力供應(yīng)之間獨立性不夠。第二，通信電源系統(tǒng)中相關(guān)儲能設(shè)備容量冗余度不足。第三，部分通信電源系統(tǒng)防護等級和防護措施不夠。這幾方面問題對通信電源系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行具有不利影響，存在隱患，需要提起高度重視。相關(guān)技術(shù)關(guān)聯(lián)部門需要采取快速、必要措施，對通信電源系統(tǒng)進行完善和安全控制管理，杜絕事故的發(fā)生[4]。

3 地鐵通信電源安全控制方案

3.1 主動安全措施，將安全線前移

3.1.1 完善配套安全制度

地鐵通信電源系統(tǒng)組成較為復(fù)雜，需要多名管理和維護人員協(xié)同工作才可以使其穩(wěn)定運行。為避免出現(xiàn)“木桶短板效應(yīng)”，則需要制定完善配套的安全制度，保證管理人員和操作人員切實履行自身責(zé)任。員工在統(tǒng)一規(guī)范指導(dǎo)下進行操作，避免工作隨意性和個人行為。在配套管理制度制定中，要充分重視以下幾個方面：一是要制定全面、規(guī)范的操作規(guī)程，對各環(huán)節(jié)和各部門操作標準和要求進行細化描述，所有員工做到按照規(guī)程操作；二是制定明確、完善的安全操作制度，防止職工因個人原因而造成誤操作；三是制定應(yīng)急方案和演練制度。對通信電源系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題進行預(yù)判，并且定期組織針對性演練，做到走在風(fēng)險前面；四是建立領(lǐng)導(dǎo)監(jiān)督機制和監(jiān)管責(zé)任制，將整個系統(tǒng)工作進行合理劃分，分管領(lǐng)導(dǎo)責(zé)任到人，進行系統(tǒng)化監(jiān)管，保證安全控制工作效果。

3.1.2 提高安全管理人員素質(zhì)

安全管理人員是地鐵電源系統(tǒng)安全控制工作掌舵人，需要具備極高業(yè)務(wù)素質(zhì)和道德修養(yǎng)，保證通信電源系統(tǒng)安全控制規(guī)范到位。所以，地鐵建設(shè)和運營部門務(wù)必加強管理團隊業(yè)務(wù)能力和道德修養(yǎng)建設(shè)力度，優(yōu)化團隊執(zhí)行力。在專業(yè)水準提升方面，可以采取“請進來、走出去”的管理模式，與科技企業(yè)對接，管理人員進入科技企業(yè)學(xué)習(xí)、科技企業(yè)到生產(chǎn)一線進行安全指導(dǎo)，形成互相促進局面。與此同時，構(gòu)建常態(tài)培訓(xùn)機制，使管理隊伍始終保持技術(shù)和道德素養(yǎng)先進性。比如，紹興軌道交通集團在2020 年開展安全教育培訓(xùn)，集團向管理者發(fā)放操作規(guī)程和安全控制必備知識手冊，并且通過各種媒體向管理者推送安全知識和案例，整個團隊素質(zhì)得到明顯提升。

3.1.3 UPS 主動安全疏導(dǎo)

目前，地鐵通信電源系統(tǒng)多采用靜止在線UPS，這種類型UPS 系統(tǒng)融入安全疏導(dǎo)原理，以此為通信電源系統(tǒng)各個部分穩(wěn)定運行提供保障。UPS 安全疏導(dǎo)的應(yīng)用領(lǐng)域主要為蓄電池基礎(chǔ)防護和電泳抑制方面，工作人員在日常運行中要做好UPS 充電監(jiān)測、放電監(jiān)測以及放電保護監(jiān)測等工作，使UPS 安全疏導(dǎo)機制始終處于靈敏待命狀態(tài)，做好隨時化解供電系統(tǒng)風(fēng)險準備，增強地鐵通信電源系統(tǒng)安全控制效果。比如杭州地鐵5 號線，工作人員對UPS、專用信號系統(tǒng)等建立了非常完善的常規(guī)檢測監(jiān)控體系和方案，制定了多達上百條電源系統(tǒng)問題應(yīng)急解決方案，而且對設(shè)備采購方案提出了明確意見和建議，標準堪稱最嚴苛，以此優(yōu)化電源系統(tǒng)管理水平，保障電源系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。

3.2 做好安全監(jiān)控，實時掌握安全

地鐵通信電源系統(tǒng)保持健康狀態(tài)是地鐵安全、正常運行的基石。地鐵通信系統(tǒng)負責(zé)數(shù)據(jù)傳輸、診斷，為整個地鐵系統(tǒng)運行提供各項參數(shù)和指標。如果通信電源系統(tǒng)發(fā)生故障，就會造成非常嚴重的后果。本著預(yù)防大于治療原則，地鐵運營中要加強通信電源系統(tǒng)日常監(jiān)測，實時監(jiān)控電源系統(tǒng)各部分工作狀態(tài)，對可能發(fā)生的問題及時摸排和處理，保證通信電源系統(tǒng)長期安全穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。地鐵通信電源系統(tǒng)主要由監(jiān)控系統(tǒng)、系統(tǒng)蓄電池、不間斷電源系統(tǒng)（UPS）、直流高頻開關(guān)電源等部分構(gòu)成，在日常工作中，要對每一部分做好工作監(jiān)控，這是電源系統(tǒng)安全控制的重要組成部分。

3.2.1 直流高頻開關(guān)電源監(jiān)控

直流高頻開關(guān)電源主要由配電模塊、監(jiān)控設(shè)備和整流器等模塊構(gòu)成。在正常供電狀態(tài)下，整流器滿足供電所需同時給蓄電池充電。當發(fā)生外部供電問題時，蓄電池可以繼續(xù)為通信系統(tǒng)提供穩(wěn)定供電。在工作中，針對直流高頻開關(guān)電源系統(tǒng)特點，要定時檢查蓄電池容量冗余度和配電模塊靈敏度，以便在出現(xiàn)問題狀態(tài)下能夠靈敏觸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)置機制。

3.2.2 UPS 系統(tǒng)監(jiān)控

UPS 系統(tǒng)可以被稱為通信電源系統(tǒng)安全閥門，在系統(tǒng)中的重要性不言而喻。在日常運行中，要重點關(guān)注UPS 系統(tǒng)如下部件的運行狀態(tài)，可以借助第三方設(shè)備進行監(jiān)測。首先，對UPS 應(yīng)急自啟動功能進行監(jiān)測，使其常態(tài)化處于良好待命狀態(tài)，在遇到故障時能夠及時啟動UPS 對外供電；其次，要對UPS 蓄電池進行周期性參數(shù)測量，一旦發(fā)現(xiàn)充、放電能力發(fā)生改變，超出允許限定值，就必須馬上進行維護，以備不時之需。

3.2.3 加強定期檢測檢查

提升地鐵通信電源系統(tǒng)安全控制水平要從提升設(shè)備自身穩(wěn)定性以及完善設(shè)備設(shè)施監(jiān)控機制兩方面展開。需要確認詳細檢查部位以及檢查周期，做好檢查記錄，絕不允許出現(xiàn)漏查、敷衍等行為，絕不放過任何細小涉及安全的環(huán)節(jié)。一旦發(fā)現(xiàn)電源系統(tǒng)有故障傾向，要能夠在第一時間做出迅速反應(yīng)，防止事態(tài)擴大。

3.3 注重日常維護，為安全提質(zhì)

3.3.1 電源交流部分維護

閥控式密封鉛酸蓄電池+高頻開關(guān)電源的配置為現(xiàn)階段大部分通信電源系統(tǒng)所采用，照顧到了維護便利。在系統(tǒng)運行中要定期進行維護，在維護操作中尤其要檢查交流輸入避雷器的工作情況。在雷雨氣象條件下，若發(fā)現(xiàn)防雷模塊故障指示窗口顏色呈現(xiàn)紅色，則必須及時對防雷模塊予以更換，確保避雷模塊發(fā)揮其自身功能，防止惡劣天氣對系統(tǒng)造成破壞。

3.3.2 電源整流器部分維護

整流器健康狀態(tài)關(guān)系著通信電源系統(tǒng)電力輸出的穩(wěn)定性。在常規(guī)運行狀態(tài)下，整流器維護主要涉及防塵和除塵，以及對低濕度和高濕度工況下對整流器的保護性維護工作。防止?jié)穸冗^高或過低對整流器工作產(chǎn)生不利影響。維護頻率一般為一季度進行一次清潔并且檢查連接件的牢固程度。除此之外，還要定期檢查通信電源高頻開關(guān)參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)工作中未經(jīng)許可嚴禁更改。

3.3.3 蓄電池組部分的維護

通信電源系統(tǒng)中的蓄電池為消耗性組件，日常應(yīng)用中出現(xiàn)問題頻率較多，而且對整個系統(tǒng)影響較大。日常運行中，維護人員必須對蓄電池狀態(tài)給予充分關(guān)注，主要涉及四個方面：第一，對蓄電池浮充電壓進行定期動態(tài)監(jiān)測，繪制參數(shù)變化曲線。如果發(fā)現(xiàn)浮充電壓超過蓄電池自身參數(shù)限定值時，則必須立即采取手段進行調(diào)整。一般情況下，對蓄電池檢測可以設(shè)定為每月一次，如果少量超過廠家標定參數(shù)且歷經(jīng)數(shù)月觀察無法恢復(fù)至正常值，可以聯(lián)系蓄電池供應(yīng)廠家進行處理。第二，對電池溫度進行檢查。目前地鐵通信電源系統(tǒng)所采用蓄電池大多為閥控式密封鉛酸蓄電池，該電池參數(shù)要求工作環(huán)境溫度范圍控制在20～25℃。如果檢查中發(fā)現(xiàn)有蓄電池過熱現(xiàn)象，應(yīng)立即聯(lián)系蓄電池供應(yīng)廠家進行處理。第三，避免蓄電池發(fā)生過充、過放現(xiàn)象。對蓄電池進行持續(xù)大電流充電容易使蓄電池體產(chǎn)生變形或鼓脹，導(dǎo)致蓄電池內(nèi)部部件損壞，致使蓄電池報廢。如果長時間大電流放電或者過度放電，會明顯降低蓄電池充放循環(huán)次數(shù)，大幅度縮短蓄電池使用壽命。第四，在維護時對蓄電池和供電系統(tǒng)之間連接件保持高度關(guān)注，保證其接觸緊密性，如果發(fā)現(xiàn)松動或者銹蝕現(xiàn)象，應(yīng)立即進行緊固或維修操作，立即消除隱患。

3.4 應(yīng)用新技術(shù)，提升整體穩(wěn)定性

隨著人工智能和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)在各行各業(yè)的應(yīng)用，地鐵通信電源系統(tǒng)引入新技術(shù)，能夠減少維護工作量，提高整個電源系統(tǒng)穩(wěn)定指數(shù)，提升安全水平，降低維護投入。

3.4.1 向智能化方向發(fā)展

地鐵通信電源系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)主動加入人工智能和大數(shù)據(jù)支持，向智能化方向發(fā)展。通過人工智能系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)融入該系統(tǒng)，在系統(tǒng)發(fā)生問題時可以做到快速、精準定位并及時消除問題隱患，更加高效保障系統(tǒng)正常運行。在日常監(jiān)測中，智能化系統(tǒng)可以動態(tài)掌握整個電源系統(tǒng)工作參數(shù)并進行動態(tài)調(diào)整，保證系統(tǒng)始終工作在最佳狀態(tài)。

3.4.2 換裝新型UPS 設(shè)備

UPS 在地鐵電源系統(tǒng)中是整個系統(tǒng)穩(wěn)定工作的“守護神”。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，接近一半UPS 系統(tǒng)故障均由蓄電池故障引起，可見現(xiàn)有UPS 系統(tǒng)在工作時存在一定系統(tǒng)缺陷。針對這一問題，可以換裝具備如下改進功能的最新UPS 系統(tǒng)：第一，具備完善自我保護裝置和高可靠性控制系統(tǒng)。第二，對輸入電源適應(yīng)性強，具備寬幅輸入功能。第三，配備有緊急情況自啟動功能，在正常供電發(fā)生問題時，可以應(yīng)用電池組啟動UPS 備用電源，防止發(fā)生次生故障。第四，具備高度智能化控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)自動監(jiān)控和遠程管理。第五，具備超強抗電磁干擾能力，在實際應(yīng)用時能夠盡可能減少UPS 對電網(wǎng)的干擾。具備這種功能的UPS 在發(fā)生故障時，儲能裝置能夠為工作人員爭取足夠的時間處理事故，同時為其他系統(tǒng)提供更為到位的保護。

4 結(jié)語

綜上所述，地鐵通信電源系統(tǒng)在整個地鐵運行中處于后勤保障角色，系統(tǒng)健康程度對地鐵運行至關(guān)重要。通過對電源系統(tǒng)進行系統(tǒng)調(diào)研和分析，認真剖析系統(tǒng)普遍存在的問題點，有針對性地進行主動安全工作布置、加強系統(tǒng)安全全方位監(jiān)控、改進設(shè)備技術(shù)水平、做好系統(tǒng)維護等工作，能夠使地鐵通信電源安全管理水平得到質(zhì)的提升，為地鐵安全穩(wěn)定運營提供最強保障。