张军
中铁七局集团电务工程有限公司 河南郑州 450000
摘要：做好地铁信号电源的日常维护与检修工作是维持地铁正常运行的必要条件，地铁信号电源系统的切换方式对地铁的正常运行也起到着至关重要的作用。为保证电源正常供电而进行正确切换显得尤其重要。针对信号电源系统切换方案进行探讨，总结切换要点及注意事项，从而更好地为后期电源系统的维护与检修工作做好充分准备。
关键词：地铁信号；电源系统；切换方案
引言
电能是世界上公认应用最广、使用量最大的可再生清洁能源。电能在发展科学技术和提高人民生活水平中扮演着重要角色。医院、电梯、矿井、消防等很多行业已经完全不能脱离电能的使用，一旦出现断电等紧急事故将会造成极为恶劣的影响。因此，备用电源以及地铁信号电源系统切换装置已经成为了当前的主要研究课题之一。地铁信号电源系统切换装置可以在常用电源出现故障时切换到备用电源，避免出现因断电导致的人身安全问题与经济损失。本文以此为研究背景，深入研究地铁信号电源系统切换装置的选型问题。
1地铁信号电源系统概述
地铁信号系统即ATC(AutomaticTrainControl,列车自动控制)系统,它由ATP(列车自动保护)、ATO(列车自动驾驶)、CI(计算机联锁)和ATS(列车自动监视)等子系统有机地组成在一起。信号设备分布在控制中心、轨道沿线设备房、室外轨旁及列车上,其中列车上的ATC车载设备由车辆提供110V直流电源。在正常情况下,由信号系统以ATO模式按照ATS的计划时刻表运行,运行的安全完全由信号系统负责。信号系统的控制设备出于安全性和可靠性的考虑,采取了三取二平台或冗余热备配置。为了确保信号系统控制设备正常工作,系统的电源配置也应采取适当的方法与整个系统相适应。信号系统的电源设备包括信号电源屏、UPS(不间断电源)和蓄电池等。
2地铁信号电源系统
2.1信号电源屏构成
①输入切换单元信号。电源屏的设计中两路输入时采用独特的“Y”型配电方案，在一、二路电源切换的过程中，电源模块具有短时的记忆存储功能，保证对外输出不断电。在切换系统故障时，直供开关可以实现第一路输入或第二路输入直供供电。②电源模块直流电源模块。采用高频开关电源功率因数自动调整技术PFC，输出采用自主均流“N+1”冗余配置，交流转辙机模块输出采用“1+1”电子互锁主备配置。③输入输出防雷。单元信号设备可以分为室内设备和室外设备，室外信号设备的工作环境相对比较复杂，因此电源系统给室外信号设备供电的输出端设有一级输出防雷，保证信号系统在恶劣的工作环境下依然可以可靠工作。④监控系统在控制中心设置监控终端，通过以太网与各站点的电源系统进行通讯，使得中央监控可以准确监测全线每个站点的信号电源屏及UPS的工作状态。当某一站点信号电源设备出现故障时，监控终端立即报警并提供相关故障信息，这样可以缩短故障响应时间，减小电源设备故障给地铁运营服务带来的影响。各站点电源屏配置监控模块，当中央与本地出现通讯中断时，本地电源屏监控模块依然可以监测电源系统工作状态。
2.2UPS工作模式及切换方法
UPS是信号电源系统中重要的组成部分，为高可靠性的在线双变换（AC/DC/AC）交流不间断电源设备。该设备主要包含整流器、逆变器、输入隔离变压器与输出隔离变压器、静态开关、静态旁路（含断路器）、维修旁路（含断路器）等6个重要功能组件，。UPS常用工作模式主要有以下几种。①正常运行模式。通过整流器将交流输入电源转换为直流电源，再经过逆变器转换成交流电源，由变压器根据负载需求调整为不同电压。
通过隔离变压器、整流器装置及各种保护装置将交流电转换为直流电，同时消除不稳定因素、干扰电流及不稳定频率或波动电压等各种因素造成的影响。使得逆变器能够输出稳定、持续、可靠电源给负载设备。②备用模式。当整流器或逆变器不能正常工作时，如整流逆变器出现短路、开启失败、温度过高、不能匹配或者负载过大不能满足需求等，此时整流器、逆变器将自动停止工作，防止设备受损。在备用电源工作正常情况下，静态开关将会自动切换至备用的电源提供给负载。③后背模式。当输入电源异常或整流器不能正常工作停止运行时，由于UPS蓄电池设备提供的直流电直接与直流设备连接，故直流系统立即将蓄电池直流电源输入至逆变器，替换整流器提供的输入电源。该系统实现无缝切换，转换过程将不会影响系统对负载供电。
2.3UPS的选择
通过对上面四种工作方式UPS特点的了解,双变换UPS具有如下优越电气特性：具有微处理器控制的电压负反馈电路,使其输出电压具有高精度；锁相同步电路确保电源在UPS所允许的同步窗口与市电电源保持锁定的同步关系；采用高频正弦脉宽调制技术,从逆变器输出的电源具有非常标准的正弦波形；采用双变换在线设计,可完全消除市电电网的电压波动、波形畸变、频率波动及干扰产生的影响;时刻处于不间断向负载供电的状态。正是因为双变换式UPS具有优越的电气特性,而信号系统又是与行车安全密切相关的控制系统,因此,信号系统应采用双变换式UPS以切实保障系统的安全运行。
2.4从维修旁路模式切换至正常运行模式操作程序
对UPS进行检修作业完毕后，需将UPS恢复至正常运行模式工作，应参照以下步骤进行操作。闭合旁路输入电源静态断路器及输出电源断路器。断开维修旁路断路器。维修旁路断路器如果处于闭合状态，则逆变器不能被启动。由于旁路输入电源静态断路器处于闭合状态，当维修旁路断路器断开之后，电源将通过静态旁路输出后供给负载使用。按以上方式进行操作，保证UPS的输出不出现瞬间断电或电压波动情况，不影响负载设备的正常使用。闭合交流输入断路器。当闭合交流输入断路器后，整流器将进入正常工作模式，当UPS输入侧正常，内部直流总线电压开始逐渐升至额定值，开始向逆变器输出稳定直流电源。
2.5电源变压设备
根据通信电源系统运行实际情况，针对电源变压设备进行调整，其中电源变压设备在节能方面主要由电压设备运行效率、运行容量以及运行模式等方式进行综合数据分析。由于我国目前现有的电源变压设备单台总体容量均大于1600kVA，所以如果通信电源变压设备长期处于高压工作状态环境下，会产生极大的能源和经济损失，最终导致设备运行和能量消耗总体提升，不利于节能的最终目标。所以，通信电源系统在方案设计和设备运行过程中，应该充分结合通信系统实际的运行模式和情况，积极分析数据运行参数，实现对设备数量以及通信电源能量的有效选择，并且使用备用电源的管理和调整，最终实现节能的环保目标。
结束语
综上所述，电源设备在地铁信号系统的造价成本中占的比例是很低的,但不能因为其所占成本比例低而忽视对它的合理配置。既不要盲目地追求高配置而造成浪费,也不要不加思索地简单随便配置而造成对信号系统整体性能的影响。比如,地铁信号系统已经使用的是国家一级负荷供电,蓄电池仅在两路主电源切换过程中的瞬间断电时才放电,因此,对蓄电池的后备时间不应不切实际地要求过高,以免造成蓄电池成本不必要的增加。
参考文献
[1]范新杰.通信电源系统设计及运行维护中的节能方案分析[J].通信电源技术，2020，37（5）：161-162，164.
[2]黄丹.地铁信号电源系统切换方案研究[J].网络能源技术,2020，45（5）：766-768.
[3]陈鹏,朱利伟.UPS的工作方式及供电方式[J].网络能源技术,2020，17（5）：499-501.