铁路信号电源使用现状及改进建议调研报告(上海)

田永平 刘 延 贺密军 付建华

为确保客运专线信号电源设备的高可靠、高安全运行，原铁道部科技司下达了重点课题《客专信号设备电源系统技术方案研究》，主要对客专信号电源的技术方案进行系统的研究，以期从技术规范和标准化的层面，对客专信号电源的总体技术方案进行规范和系统化的阐述。继2013年在《铁道通信信号》期刊发表对广铁 (集团)公司、武汉铁路局的调研报告后，现继续对上海地铁10号线虹桥地铁站控制中心、上海虹桥高铁站、上海虹桥RBC中心等信号电源的使用情况、存在问题及改进建议进行介绍。

1 调研内容

1.1 上海虹桥地铁站

上海地铁10号线虹桥地铁站控制中心处于地铁站负1层，信号与通信设备同设在一个机房。调研时，室内温度26℃，湿度54%。控制中心机房设置2套防雷配电箱，一套用于给交流转辙机电源供电，另一套给其他信号电源供电。由于转辙机启动时电流较大，对UPS冲击较大，故将其输入电源单独配置配电箱。在防雷配电箱外，还配置了WDCS-I型外电网质量综合测试仪，用于对外电网电源进行监测，所得监测数据上传到信号集中监测设备显示。

1.电源系统。虹桥地铁站控制中心原采用通信信号综合UPS的方案，使用单套 GE 80 kVA UPS为机房内所有设备供电。后为了提升信号电源的可靠性，将信号电源从UPS综合供电中独立出来，采用双总线UPS的方式。信号供电系统采用30 kVA智能电源屏，配套双套GE 20 kVA UPS，UPS为双母线结构。该站信号电源供电系统结构框图如图1所示。

2.电池。通信电源的蓄电池组采用了磷酸铁锂电池，而非目前通常使用的铅酸电池。单组电池3.6 V，每节电池内置监测单元，可监测电池单体电压、温度、总电流等数据，同时可通过数据分析，实现预防修。电池柜防护等级IP54。

相比铅酸电池，铁锂电池具有以下优点：①适应范围宽，使用环境要求低，能适应0℃ ～40℃工作温度，而铅酸电池最优的工作温度是25℃，温度过高或过低，都会影响其寿命和容量;②在正常使用范围内，铁锂电池寿命超过15年，而铅酸电池由于受使用环境的影响，寿命一般为5～8年;③自放电率低，重量轻，体积小，约是同容量铅酸电池的1/3。

磷酸铁锂电池也有不足：①对充电管理要求较高，需要防护单体过充;②价格较高，是同容量铅酸电池的2～4倍;③应用时间较短，可靠性有待验证。

为了保证UPS及电池运行可靠，地铁公司聘请专业公司每年检修2次UPS主机，电池每年4次充放电，具有较为完善的周检保障措施。

图1 虹桥地铁站控制中心信号电源供电系统结构框图

1.2 上海虹桥高铁站

虹桥高铁站的信号电源设备代表了京沪高铁信号电源设备的典型应用配置。该站单独设置信号电源室，室内采用“中央空调+分体工业空调机”的控温方式，保证在中央空调不开机的季节，使用分体工业空调维持室内温度的稳定。调研时，室内温度27℃，湿度70%。

信号电源入口端设置了防雷电源箱和信号微机监测系统外电网监测单元 (TJWX-2006-HH型)，可将外电网数据实时传给微机监测，满足对外电网供电质量的分析要求。

该站的电源屏型号为PKX1-C70/380，容量为70kVA，整套设备采用“智能电源屏+双UPS并联冗余”的结构，UPS采用艾默生Nxa6 0双台UPS，电池采用松下LC-X1265ST铅酸电池，后备时间0.5 h。转辙机电源不经过UPS，由电网直接供电;继电器、电码化、区间移频等直流负载电源采用高频开关N+1并联冗余方式供电;25 Hz电源模块采用高频开关电源1+1热备切换方式供电;信号点灯、计算机联锁、监测、列控、TDCS等交流50 Hz电源，从并联UPS电源后经过隔离变压器供电，虹桥高铁站供电系统结构框图如图2所示。

图2 虹桥高铁站信号电源供电系统结构框图

现场对输入电源进行了测试，三相谐波失真度均小于＜1%。

在设备维护管理方面，上海电务段在模块面板和变压器体上加贴了温度显示贴 (60℃、70℃、80℃)，可以随时直观了解电源模块和变压器的温度状态，并且根据使用说明，制定了UPS及电池的维护规则，由专业公司代维，每年对UPS系统维护2次，电池充放电2次，每次半小时;电源屏的备品备件每年进行1次上电检修。

1.3 上海虹桥高铁站无线闭塞中心(RBC)

因RBC设备发热量大，对环境要求很高，在每个机房均设置了主、备机空调方式。上海虹桥高铁站RBC机房内安装有京沪高铁、沪宁城际、沪杭城际3条高铁线的RBC控制设备，其RBC电源系统也对应设有3套，且均采用“智能电源屏+双UPS并联冗余”的供电方式，典型供电系统结构如图3所示。

1.沪宁城际RBC电源系统的电源屏型号为PKXJX-I50/380，EMERSON双 UPS并联输出，型号为Nxa40。

2.沪杭城际RBC电源系统的电源屏型号PKX1-JH50/380，EMERSON双UPS并联输出，型号为Nxa30。

3.京沪高铁RBC电源系统的电源屏型号PKX1-HH50/380，EMERSON双UPS并联输出，型号为Nxa60。

3套电源系统的蓄电池组均无法在线监测;电源系统输入口均独立设置了防雷配电箱和外电网监测单元 (TJWX-2006-HH型)，可将外电网监测数据实时传给信号集中监测设备。

图3 上海虹桥高铁站无线闭塞中心 (RBC)电源供电系统结构图

2 完善及改进建议

2.1 与上海铁路局、上海地铁公司技术交流

课题组与上海铁路局、上海地铁公司的相关技术专家和运营维护人员，对信号电源设备使用中存在的问题进行了交流，了解信号电源产品故障统计情况，并针对现场使用及今后的技术方案提出了如下建议。

1.对有高可靠性供电要求的车站，应采用高可靠性的技术方案，比如类似于虹桥地铁站控制中心的全隔离双总线系统，输出电源均应采用双电源方式。

2.将UPS、电池、配电箱的监测采集数据均传至电源屏，由电源屏统一上传。对于现有串口满足不了数据传输速率要求的，可采用CAN总线或网络总线等更快速的方式进行传输。

3.针对不同负载制定不同的安全等级，对于等级高的电源采用独立电源供电，不得与其他电源共用。

4.应加强电池的管理，电池的寿命有明确规定，对电池要进行在线监测，做到预防修。

2.2 与中达电通公司技术交流

目前客专信号电源屏，无论枢纽车站，还是一般车站或中继站，都采用了前置UPS作为如电网谐波、电压波动、频率波动等外电网问题的解决方案，UPS在系统中处于关键的串联环节。如果UPS出现问题，则整个客专信号设备电源系统将整体失去供电而崩溃。因此UPS是方案的核心部分，其供电质量及可靠性直接决定了整个系统的性能。而UPS在系统中的配置方案，既是系统整体可靠性的基础，又关系到系统可维护性和系统成本。

课题组听取了中达电通技术专家对有关UPS技术发展，以及在可靠性需求较高的场合下，使用的UPS冗余方案等方面的介绍，总结了不同UPS配置方案的特点，如表1所示。

表1 不同UPS配置方案的结构及其特点

3 总结

本次调研的上海虹桥地铁站、高铁站的信号电源设备，基本代表了国内地铁、高铁信号电源系统的较高配置形式。为了保证信号设备的可靠供电，信号电源系统均采用了“智能电源屏+双UPS”的工作方式，其中地铁站还使用了双总线供电方式，以提高信号电源系统供电可靠性。通过调研，对现用信号电源设备的系统构成、供电现状、负载类型、UPS和电池使用维护等有了更深入的了解，为确定高可靠的信号设备供电系统方案，制定更加专业、标准的规范将有重大借鉴作用。

［1］ 中华人民共和国.GB 50174-2008电子信息系统机房设计规范(Code for design of electronic information system room)［S］.2008.

［2］ 中华人民共和国铁道部.科技运［2008］客运专线铁路信号产品暂行技术条件汇编［M］.北京：中国铁道出版社，2008.

［3］ 王忆洁，乔美荷.通信与信号UPS电源整合方案［J］.铁道通信信号，2007，43(9)：

［4］ 张生铖.通信行业UPS电源系统应用方案［J］.UPS应用，2008(1).

［5］ 衣斌，李新鹏，马强，高磊.磷酸铁锂电池在通信行业的应用研究［J］.通信电源技术，2012，29(4)：27-30.