地铁信号系统电源设计方案及相关故障应对办法研究Word文档下载推荐.docx
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铁道第三勘察设计院集团有限公司工程师300251
王小飞:
铁道第三勘察设计院集团有限公司工程师300251
收稿日期:
2012-03-21
由于平方线绝缘皮易老化、电缆沟潮湿，会造成电
源接地电流超标。
效果。
2.
支筋。
3.
缆盒。
4.
5.
6.
将组合架侧面端子板固定支筋改用尼龙
组合侧面端子与端子板支筋相碰造成电源
实接地。
3.电缆盒、机构进水造成电源虚接地。
采用成熟的热可塑电缆接续技术减少电
箱、盒、机构配线通过引入孔时磨破皮造
做好箱盒密封。
改进配线工艺，箱盒引线孔采用橡胶皮堵。
夏潮季节增加电缆绝缘全程测试次数，发
成电源接地。
继电器接点与鉴别板绝缘不良造成虚接地。
控制台固定单元块挂钩与按钮接点片相连，
现问题及时处理。
造成接地。
7.测试盘各种熔断器座绝缘不良造成接地。
4.2 预防和减少电源接地故障的对策
参考文献
何文卿．6502电气集中电路［M］．北京:
中国铁道出版社，1982．
王秉文．6502电气集中工程设计［M］．北京:
中国铁道出版社，1997．
（责任编辑:
张利）
［1］
［2］
1.
将电源屏引出的各种电源平方线改为信号
电缆，1997年以来逐步进行电源线改造取得明显
—19—
铁道通信信号2012年第48卷第7期
都对系统的安全性、可靠性、稳定性要求极高，因
为一旦发生故障后不能及时恢复正常运营，就会由于客流量相对较大较集中，而给客流疏导带来非常
巨大的压力，容易发生拥挤踩踏事件。
所以，信号
系统的电源至关重要。
《地铁运营安全评价标准》规定:
“信号系统的供电等级为一级负荷，设2路独立电源，并有自动切换装置，确保信号电源的不间断供给”。
③蓄电池。
信号系统负荷主要由计算机类负载、动力设备负载组成。
地铁信号系统的供电特点是:
一级负荷，由来自变电所的2段母线分别馈出一路电源，末端自动切换，再配送到UPS输入端，由UPS再进入电源屏，然后由电源模块输出到负载端。
方案一:
一级负荷直接引入电源屏。
在早年继电联锁系统应用过程中，由于对电源的品质要求较低，一级负荷引入后直接由电源屏输出到相关的负载。
方案二:
一级负荷+UPS。
信号系统设备的用电，均采用一级负荷，配置信号系统使用单独的UPS，设旁路开关，UPS故障时自动或手动切换到市电。
信号系统中的计算机及电子设备采用UPS保障，动力设备（如转辙机）不采用UPS，个别城市也有将转辙机采用UPS的实施方案，但转辙机作为动力操作设备，对UPS容量有一定的要求，需要扩大UPS的容量。
方案三:
一级负荷+综合UPS。
近年来，为满足整合UPS的需要，轨道交通弱电系统UPS整合为综合UPS，UPS向着环保、节能、高效的方向迈进。
在弱电UPS整合过程中，信号电源也作为弱电系统的一部分，将信号系统用UPS的容量也整合在弱电系统中，弱电UPS为通信、信号、AFC、
2
信号系统电源子系统设计方案
电源设计的技术要求
1．智能化和网络化。
实现实时集中监测和远程监控，故障时及时显示和告警，并具有故障记忆的功能。
2.1
模块化设计。
实现系统的免维修，少维护，
2．
各电源模块采用“1+1”方式热机备份，确保系
统的高可靠性。
3．
电源模块采用无损伤热插拔技术，在线更
换时间小于3min，维护快捷方便。
4．独特的2路交流输入自动切换装置，保证系统的直流电源不间断输出。
5．
超宽的工作电压范围。
输入电压范围为
AC165～275V，整流模块的效率不低于90%。
6．具有完善的防雷击和过电压防护措施，保证系统在恶劣的条件下可靠工作。
综合监控（含FAS\
BAS）
等弱电专业供电。
2.2
电源设计遵循的规范和规程
就城市轨道交通而言，电源系统的设计主要是
2.4 电源系统方案优化设计
信号电源系统的优化，主要是对UPS部分进行优化设计。
采用UPS并机技术提高整个UPS电源的可靠性，成为目前设计主推的设计方案，并从技术上进一步探索提高可靠性的方案。
UPS的冗余主要有2种:
串联冗余和并联冗余。
串联冗余是采用同机型的2套UPS设备串联，实现主从热备，主机一直满载，备机蓄电池长期浮充，有一定的转换时间，扩展较困难，可适用性较小。
并联冗余指采用2套或2套以上的UPS设备并联均分负载，相比串联冗余优势明显，在轨道交通信号系统中推荐采用并联冗余。
并联UPS有单机方案、并机方案2种。
单机方案:
所有负载均可做到互为备份，2台UPS分别为各自负载供电，如红网电源、蓝网电源，UPS1/
2分别为红/蓝网电源供电，2台UPS之间不关联，可允许2台UPS带载不一样。
并机方案:
经UPS
参考和比照国铁的技术标准和规范，结合具体的项
目建设情况，提出电源的设计标准。
主要参照的规范如表1中所示，规范中有对信号供电电源相应章
节的描述。
表1城市轨道交通电源系统遵循或参照的规范
序号
规
范
规范号
3
4
5
6
7
8
《铁路信号电源屏通用技术条件》
《城市轨道交通信号系统通用技术条件》
《地铁设计规范》
《城市快速轨道交通工程项目建设标准》
《建筑物电子信息系统防雷技术规范》
《铁路信号设计规范》
《铁路信号站内联锁设计规范》
《计算机联锁技术条件》
TB/T1528-94
GB50157-2003
建标104-2008
GB50343-2004
TB10007-2006
TB10071-2000
TB/T3027-2002
2.3 电源系统方案
信号系统的电源设备，称之为电源系统，主要包括三大部分:
①电源屏;
②UPS（不间断电源）;
—20—
RAILWAYSIGNALLING＆COMMUNICATIONVol.48No.72012
供电的所有负载的进线电源均来自2台UPS，当其
中任何一台UPS故障时，另一个UPS可继续为经UPS供电的所有负载继续供电。
2台UPS的输出端经母排输出，为后端负载供电。
如图1所示。
3.2
UPS故障
UPS电源系统由4部分组成:
整流器、电池
组、逆变器和开关控制。
整流器件采用可控硅或高
频开关整流器，具有可根据外电的变化控制输出幅
图1典型UPS并机方案电源系统图
比较而言，单机较并机方案，其UPS容量可
减少一半，节省成本;
而并机时，即使其中一台UPS故障，另一台UPS可继续为经UPS供电的负载提供纯净稳定、安全、可靠的不间断电源，不影响后端负载供电，提高了系统可靠性，并允许负载无备份。
度的功能。
逆变器具有恒压输出功能，当外电发生
变化时（该变化应满足系统要求），输出幅度基本不变。
净化功能由储能电池来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲，储能电池除可存储直流直能外，对整流器来说就像接了一只大容量电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。
图2为UPS工作原理示意图。
断路器K1控制主路交流电源输入;
整流器将交流电源变成直流电源;
逆变器进行DC/AC变换，将整流器和蓄电池提供的直流电源变换成交流电源输出;
蓄电池组在交流停电时通过逆变器向负载供电。
输入电源也可以通过旁路静态开关从旁路回路向负载供电。
另外，在对负载供电不间断情况下而对UPS内部进行维修时，可使用维修旁路开关K3。
电源故障的分类及影响范围
轨道交通线路，一般由高架或者地下线路组
成，数据传输系统保证在线路范围内车-地通信的
畅通、及时，保证系统通信的稳定性和可靠性。
3.1 引入电源故障
引入电源故障，可以分为2类:
①一级负荷引入电源屏的部分故障;
②UPS电源输出到电源屏的故障。
这类故障多由连接线缆的接头松动造成，个别情况下是由线缆断裂造成。
此类故障一旦酿成，信号设备将全部或部分失电，对运营的危害较大。
3.3
电源模块故障
现在通用的智能电源屏，其电源输出都采用模
—21—
的数据，对一个周期内的电源数据进行实测和抽
检，对数据进行分析后作出阶段性评价，并归纳今后维修电源的应对策略。
信号电源故障应对办法
5.1 增设电源视频监控
在信号设备室或者信号电源室，安装视频监控，方便电源故障时设备状态的判定。
一般来说，目前运用在城市轨道交通的电源都具有电源监测系统，可对设备的电源参数、设备状态进行实时监测，但增加视频监控可以作为对电源设备及系统设备的全程监视，为设备运转及维修决策提供依据，同时也可以对设备的人为误动起到一定的监视作用。
图2UPS工作原理图
块化输出，电源可以从一个模块输出，也可以由一
个模块输出多路电源。
电源模块故障后，由该模块提供的相关电源将被切断。
电源模块化智能化的实施，提高了电源的可靠性，一旦模块出现故障，故
障的判断和定位都相当准确，直接更换对应的模块即可。
3.4电源分路故障
若电源只是某一分路故障，首先检查分路的上下级开关，同时检查连接线缆的完好性。
分路故
障，也可能是该分路所在模块产生的故障。
5.2
建立电源应急机制
信号系统电源设备故障影响的范围是区域性
的，对正常行车危害极大。
为保证行车安全，从设
备的可靠性入手，已经做了大量卓有成效的工作，但设备故障的应急处理，仍然是日常维修保障的重要环节。
为此，在维修保障队伍中，针对电源故障，建立高效准确的维修队伍，势在必行。
毕竟电源故障，不同于其他故障，引起区域性行车中断会造成经济损失，影响正常交通出行，这些情况非常关键。
电源运行过程中可靠性保障措施
4.1
加强维修培训和实际操作
随着信息技术和计算机通信技术的快速发展，
电源设备的可靠性大大提高，为日常的设备维修、
设备运转都打下了坚实的基础。
同时，设备的自动化程度高、运行状态稳定，以前由人来完成的工作，现在由计算机来完成，因此长期以来，人们都对设备的应急处置觉得非常棘手和应对茫然。
在设备正常运行过程中，在保障系统正常运营
的基础上，需要加强实际维修的能力，定制故障场景，有针对性地进行维修培训和实际操作，达到故障时快速决策、准确判断、立即到位的效果，最大限度地缩短维修时间，保障运营。
5.3
信号维保人员对调度的辅助
按照信号系统的特点，设备集中站故障，会使
3～5个车站信号设备停止工作;
非设备集中站故
障，影响本站及相关区间设备的供电。
发生区域性供电故障，影响信号设备非正常工作时，信号维保的高级技术人员，此时应进入调度中心，从设备运用的特点、影响范围、故障涉及的安全因素出发，为调度员及调度主任提供决策参考，确保设备非正常运转或者设备停止工作的情况下，线上运营的安全。
4.2
完善日常监测手段
从监测手段来说，目前电源监测一般是联网后
实现在中心监测。
监测起到的作用和效果主要是事
后分析，而在平时的工作中电源的状态被关心较少。
一方面，监测机在中心，大家关心不到;
另一方面，常规报警信息多，致命报警一般较少，这样一来，导致监测在日常工作中成为了可有可无的一项功能。
对此采取如下的完善手段:
①将电源监测
功能集成到控制中心的调度员工作站、车站值班员
工作站，扩大电源监测的人群，共同对管辖范围内的电源信息进行有效反馈;
②周期性分析电源监测
徐金祥.上海轨道交通10号线“9.27”列车追尾事故
发生后的思考［J］.城市轨道交通研究，2011.李在州，王兴旺，张西宁．地铁ATP/ATO信号系统电源解决方案［J］.地铁与轻轨，2003．
李堂成．地铁信号系统电源配置方案探讨［J］.电子工程师，2007．
国家质量技术监督局．GB/T50438－2007建设部地铁运营安全评价标准［M］．中国建筑工业出版社，2007．
［3］
［4］
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