城市轨道交通信号电源系统可靠性探究

刘明

摘要：本文对目前我国城市轨道交通信号电源系统的基本构成进行了简单的分析，并对各种供电方式的可靠性问题进行了探讨，以期对有关人员提供有益的借鉴。

关键词：城市轨道;交通信号;供电系统;基本构成

引言：由于城市轨道交通具有高密度、正点要求高的特性，所以对信号系统的可靠性要求很高。由于我国的现代通信技术发展相对滞后，在过去的十多年里，很多城市轨道线路都引进了国外先进的信号系统，而国内对这些设备的可靠性要求也很低，这就导致很多新线集中建设、运营，建设部门对信号系统的可靠性要求，只能参考其他系统的可靠性标准，根据自己的经验提出建议。

1.电源系统结构分析

通常，电源系统的主要结构由两个主要部件组成：电源屏和UPS装置。该系统的主要功能是提供交流和直流电源，并具备电源切换、电流转换、防雷等功能。当电网主路发生故障不能稳定供电时，它可以实现自动开关，确保供电的连续性。正如它的名字所暗示的那样，它的主要功能就是将外界的电流转化为负载达标的交流电，从而防止因为高压电流而导致信号系统的故障。UPS装置的主要作用在于供电的连续性，UPS装置的使用，不但可以保证信号系统的连续供电，而且还可以提高供电质量，即使是在配电网发生故障的情况下，也可以保证一定的供电。在配电网正常工作的情况下，UPS装置可以从配电网获得电能，将其供给到信号系统，并对其本身的蓄电池进行充电。

2.电源系统设备方案

2.1单UPS方案

在单UPS模式下，其供电方式相对来说比较简单，即外部电网由两条线路与供电屏幕相连，然后由供电屏幕供电。在这种情况下，电源屏幕和信号系统之间的联系被分成了两个部分，每个部分都有一个独立的变压器，如果一条线路发生了故障，那么它只能对一条线路进行单独的控制，而不会导致整个系统停电。另外，其它电子装置采用并联的方法来获得电能，例如继电器等，这就使单个的电气装置受到影响范围有限，因而获得较好的控制效果。

2.2双UPS方案

在这个方案中，电源屏和UPS都是双份的，这样就有了两种不同的供电方式。两个UPS装置与多个电网相连，达到了双保险功能。

2.3综合UPS方案

综合UPS系统是一种综合、复杂的系统，它涉及到信号、通信、自动预警、监控等技术的集成。这个装置的核心部分就是弱电系统，它们和UPS设备有着特殊的联系。从负载连接的角度出发，综合UPS与单UPS有相同之处，即当某个UPS设备发生故障时，可以通过转换开关进行UPS设备的连接，保证供电的连续性。在实际操作中，BAS系统会实时监测整个系统的结构，并对其各部分的工作参数进行分析，当某个部分发生了异常操作，也就是故障时，BAS就会将报警信息反馈给FAS，通过FAS将故障信息反馈给总控系统，实现对故障的自动监测，并且可以对故障点进行精确的判定，为维修人员提供基础的故障参数。

3.城市轨道交通信号电源系统技术

3.1综合UPS供电技术

综合UPS供电方案是将信号、通信、FAS（火灾报警系统）、BAS（环境设备监控系统）、AFC（自动售检票）等弱电系统一起集中设置UPS电源。在此方案中，外部电力网络的两个输入端先经过两个冗余的UPS，再用机械联锁的电子开关将电力输送至供电母线上。各子系统采用分时切断线路，从总电源上获取电力。采用一体化UPS供电方案，将各个UPS电源的硬件集成、集中配置，实现设备的统一维修和管理，降低了设备的重复配置，实现了资源的共享，节约了设备的投资，同时，减少设备场地，降低车站的土建费用。UPS容量大，耐冲击性能好。然而，这种方法也有缺点：（1）在建设中，由于各子系统的建设进度不统一，当信号系统设备需要进行调试时，其它弱电系统的电源容量还没有确定，所以不能进行统一的UPS投标，很难建立起一套安全、高效的电力供应系统，从而影响整个项目的建设。（2）宏观上，电力供应和负荷系统均为双向多路供电。然而，对各个子系统来说，实际上只有一个方向的电力来自于总线。这样，这种电源系统的可靠性、安全性都不够。

3.2信号集中式独立供电技术

在信号集中式独立供电模式下，信号源与其它弱电系统是完全分开的，专门为信号系统提供UPS。外部电力网对UPS进行了直接的电力供给，再由智能电力屏对各信号装置进行单独的供电。自我国首条地铁线路问世，至今已有相当成熟的应用经验，从电力系统的生产、供货、使用、维护等各个环节，逐步建立起一套完善的电力供应系统。本方案具有UPS容量大、耐冲击性能好的特点，设备比较集中，备件数量少，易于统一的维修和管理。然而，这个计划也有一个显而易见的缺点：（1）应单独提供一个信号系统的电力室。因为信号供电系统要达到高安全性，所以UPS信号的配置要冗余，所以占地面积大，土建费用也相应增加。（2）在任何一种信号装置发生故障或短路的情况下，UPS将自动切换至旁路，从而使信号装置直接从外部电网获得电力，无法保证电力质量。

4.可靠性分析

单UPS的关键是UPS装置，当UPS装置发生故障时，与UPS装置相连的负荷装置会发生停电，从而使整个系统的可靠性降低。单UPS的最大优势是它可以使整个电力系统得到极大的简化，但它的可靠性要比双UPS低，但是因为设备数量少，所以它的失效几率很小，这既有利于后续的维修，又具有经济上的特点。同时，当装置总容量不大时，单一UPS系统不会占用大量的室内空间，而且可以在更小的室内空间中使用，并且具有更高的综合成本效益。雙UPS的优点在于它的双保险，但由于设备数量庞大，故障率、维护工作量、占地面积等都不具备优越性，而且它的前期投资和维护费用也比其它方案要高。

结束语

城市轨道交通信号系统是城市轨道交通控制系统的核心，它承担着各种控制和调度的任务，供电是保证其正常工作的基本动力，因此供电的可靠性和稳定性直接关系到城市轨道交通的安全。所以，加强对地铁信号供电可靠性的研究，将有助于改善我国轨道交通的运营质量。

参考文献

[1]郎方.城市轨道交通信号电源系统可靠性探究[J].探索科学，2019（2）：1.