軌道交通系統電源子系統原理

　　軌道交通信號系統時軌道軌道交通的指揮者，而軌道交通信號系統電源子系統則是整個信號系統的心臟。一套穩定、可靠的供電系統，是信號系統的基礎保障，也是保障軌道交通有序、快速運行的根本保障。本文主要介紹城市軌道交通信號電源的架構和原理，及其設計時的一些要點。

　　一、引言

　　在城市軌道交通系統中，信號系統是一個集行車指揮和列車運行控制為一體的非常重要的機電系統，它直接關系到城市軌道交通系統的運營安全、運營效率以及服務質量。它是保證乘客和列車的安全，實現行車指揮和列車運行現代化，實現運輸快速、高密度、有序運行的功能的關鍵系統設備。

　　二、城市軌道交通信號系統電源子系統的組成

　　城市軌道交通信號系統一般包括：信號設備、連鎖設備、閉塞設備等。如果說信號系統是城市軌道交通運行的指揮員的話。那么信號電源系統就是這個指揮員的心臟，信號電源系統的正常與否，直接關系到信號系統正常運行。所以目前軌道交通信號系統中，一般均設置有UPS供電保障及軌道交通專用電源設備，以保障信號系統的供電安全。

　　信號電源系統一般由防雷系統、輸入配電屏、輸入穩壓（隔離）器、不間斷電源系統UPS、輸出配電屏、隔離變壓器、信號電源（交流/直流）、輸出配電等部分組成。

　　由于城市軌道交通系統中，根據站點性質，可以設備集中站、非集中站等。一般設備集中站信號電源系統由智能電源系統，主要包括交流輸入雙路自動切換單元、雙UPS、蓄電池、智能電源屏和穩壓器等組成；非設備集中站和車輛段（ATS和DCS用）由單UPS、蓄電池、配電柜及穩壓模塊；維修中心僅配置單UPS、蓄電池和穩壓模塊等組成。

　　圖一、設備集中站信號電源系統架構

　　圖二、非設備集中站信號電源系統架構

　　圖三、設備列盤圖示意

　　三、系統電源設計要點

　　1、雙路供電設計

　　電源系統設備應具有兩路引入電源的自動轉換功能，在兩路引入電源自動轉換或中斷時，UPS應無時間中斷地從備用電池上提供后備電源。UPS蓄電池持續供電時間應不少于30分鐘。

　　2、高可用性設計

　　信號智能電源系統設備包括交流輸入雙路自動切換裝置、UPS（單機帶穩壓旁路）、智能信號電源屏（開關柜）等單元，以上單元應優先采用模塊插接結構，以降低現場維修難度及縮短維修維護時間。

　　3、高可靠性設計

　　由于信號系統的重要性，考慮電源系統中，UPS和信號專用電源的電路結構的復雜性及自身的重要性，所以一般信號電源均按冗余設計。其中一般UPS采用“1+1”并聯冗余設計。智能信號電源屏的每路輸出電源應保證兩路并聯冗余或N+M冗余（M≥N/3），可熱插拔更換模塊。

　　電源系統能夠抗道岔轉轍機啟動、停止時的電流沖擊能力，轉轍機采用變壓器進行隔離后輸出，電源屏對交流轉轍機交流輸出電源應有相序檢測，當斷相/錯相時監測單元切斷輸出，并給出報警信號。

　　考慮系統中的UPS與穩壓電源均可能發生故障。因此在穩壓模塊、UPS上均設置手動維護旁路開關。方便設備故障后至維修完畢期間，信號系統能夠正常供電。

　　·多層隔離

　　電源系統的各種輸出電源均應采用隔離供電方式。合理分束，分別供電。具有完善的隔離、凈化、分配、防雷、過壓和過流保護、短路保護等功能，交、直流電源均應對地絕緣。向室外設備供電的電源電路采取可靠的防雷措施并單獨送電。

　　·智能管理

　　智能電源屏的面板上設有工作狀態表示顯示屏，對所有輸入/輸出電壓和電流進行監控和分析，對所有接觸器、斷路器、模塊等部件正常或故障狀態進行監控和分析，可對UPS及蓄電池通過RS-232/485接口讀取其工作狀態并進行分析。

　　采用計算機及通信網絡技術對系統各輸入、輸出回路的電壓、電流和反映電源系統內部各部分工作狀態及正常或故障的開關量進行全面監測、分析，并能以圖像、表格、文字說明等方式在維修支持子系統上對全線電源系統進行實時動態工況的監視。當故障發生時，將產生自動聲光報警。

　　四、典型城市軌道交通信號電源容量

　　一般的城市軌道交通信號系統電源配置大概如下：

　　位置用房名稱設備總耗電量(KVA)后備時間備注

　　設備集中站設備室4030分鐘轉轍機約占10KVA，UPS負載約30KVA

　　非設備集站設備室1030分鐘全部由UPS供電

　　控制中心設備室4030分鐘全部由UPS供電

　　信號樓設備室及電源室4030分鐘全部由UPS供電

　　停車列檢庫車載設備工區測試室1030分鐘全部由UPS供電

　　試車線設備室2030分鐘全部由UPS供電

　　維修中心1030分鐘全部由UPS供電

　　培訓中心培訓機房3030分鐘全部由UPS供電

　　五、電源子系統運行原理

　　1、系統工作模式：

　　兩路獨立的AC380V輸入電源經切換單元切換后送至UPS，再由UPS向電源屏供電。系統輸出分為直流電源部分和交流電源部分。提供包括ATS、ATP、ATO、聯鎖子系統、信號機、轉轍機、列車占用檢查設備（計軸）、繼電器等信號設備的電源。

　　直流電源部分主要為車站的信號設備提供DC24V、DC60V（DC50V）、DC12～48V、DC220V以及DC110V電源。采用智能高頻開關電源模塊提供電源輸出，所有電源模塊采用冗余備份的并聯均流方式運行，在模塊正常情況下同組模塊均分負載，當其中一個電源模塊故障時其他模塊保證提供最大負載需求，不影響信號設備的正常運行。具有測量輸出電流、電壓的功能并提供欠壓、過壓報警功能，并在輸出端有過載保護及浪涌吸收設備。

　　交流電源部分主要為車站的信號設備提供AC220V電源。經UPS輸出到電源屏進行各路交流輸出的分配和監測，并供各設備使用。

　　相應的電源輸出配置漏電檢測功能。系統工作原理框圖如下：

　　圖四、信號電源系統工作原理框圖

　　2、設備集中站電源運行原理

　　（1）設備集中站信號系統配置2路AC380Vac市電供電，兩路市電經過輸入總配電屏中的ATS切換裝置切換后，輸出其中一路市電給到UPS及交流轉轍機等負載。當其中一路市電故障后，ATS切換裝置自動將供電狀態轉入另一路市電供電。

　　（2）輸入總配電輸出分三個回路。回路1給到一個三相隔離變壓器，給到三相交流轉轍機。

　　（3）回路2市電給到UPS系統主輸入，AC交流電經過UPS穩壓穩頻后，給到智能電源屏，為各路AC或者DC系統信號電源模塊供電。當市電斷電后，UPS以零切換方式，轉入后備供電模式，直至市電恢復或者電池放電截止。

　　圖五、正常供電模式

　　圖六、電異常電池供電模式

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