1 引言
在城市軌道交通系統(tǒng)中，信號(hào)系統(tǒng)是一個(gè)集行車指揮和列車運(yùn)行控制為一體的非常重要的機(jī)電系統(tǒng)，它直接關(guān)系到城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)安全、運(yùn)營(yíng)效率以及服務(wù)質(zhì)量。它是保證乘客和列車的安全，實(shí)現(xiàn)行車指揮和列車運(yùn)行現(xiàn)代化，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸快速、高密度、有序運(yùn)行功能的關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備。
2 城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)電源子系統(tǒng)的組成
城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)一般包括：信號(hào)設(shè)備、連鎖設(shè)備、閉塞設(shè)備等。如果說信號(hào)系統(tǒng)是城市軌道交通運(yùn)行的指揮員的話，那么信號(hào)電源系統(tǒng)就是這個(gè)指揮員的心臟，信號(hào)電源系統(tǒng)的正常與否，直接關(guān)系到信號(hào)系統(tǒng)正常運(yùn)行。所以，目前軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中，一般均設(shè)置有UPS 供電保障及軌道交通專用電源設(shè)備，以保障信號(hào)系統(tǒng)的供電安全。
信號(hào)電源系統(tǒng)一般由防雷系統(tǒng)、輸入配電屏、輸入穩(wěn)壓( 隔離) 器、不間斷電源系統(tǒng)UPS、輸出配電屏、隔離變壓器、信號(hào)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(tǒng)中，根據(jù)站點(diǎn)性質(zhì)，可分為設(shè)備集中站與設(shè)備非集中站等。一般設(shè)備集中站信號(hào)電源系統(tǒng)為智能電源系統(tǒng)，主要包括交流輸入雙路自動(dòng)切換單元、雙UPS、蓄電池、智能電源屏和穩(wěn)壓器等，設(shè)備集中站信號(hào)電源系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。非設(shè)備集中站和車輛段(ATS 和DCS 用) 由單UPS、蓄電池、配電柜及穩(wěn)壓模塊組成，非設(shè)備集中站信號(hào)電源系統(tǒng)架構(gòu)見圖2。維修中心僅配置單UPS、蓄電池和穩(wěn)壓模塊等。
3 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)要點(diǎn)
3.1 雙路供電設(shè)計(jì)
電源系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)具有兩路引入電源的自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，在兩路引入電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換或中斷時(shí)，UPS 應(yīng)無時(shí)間中斷地從備用電池上提供后備電源。UPS 蓄電池持續(xù)供電時(shí)間應(yīng)不少于30min。
3.2 高可用性設(shè)計(jì)
信號(hào)智能電源系統(tǒng)設(shè)備，包括交流輸入雙路自動(dòng)切換裝置、UPS( 單機(jī)帶穩(wěn)壓旁路)、智能信號(hào)電源屏( 開關(guān)柜) 等單元，以上單元應(yīng)優(yōu)先采用模塊插拔結(jié)構(gòu)，以降低現(xiàn)場(chǎng)維修難度及縮短維修維護(hù)時(shí)間。
3.3 高可靠性設(shè)計(jì)
由于信號(hào)系統(tǒng)的重要性，考慮電源系統(tǒng)中UPS 和信號(hào)專用電源電路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及自身的重要性，所以一般信號(hào)電源均按冗余設(shè)計(jì)。其中，一般UPS 采用“1+1”并聯(lián)冗余設(shè)計(jì)。智能信號(hào)電源屏的每路輸出電源，應(yīng)保證兩路并聯(lián)冗余或N+M 冗余(M ≥ N/3)，可熱插拔更換模塊。
電源系統(tǒng)能夠抗道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)啟動(dòng)、停止時(shí)的電流沖擊能力，轉(zhuǎn)轍機(jī)采用變壓器進(jìn)行隔離后輸出，電源屏對(duì)交流轉(zhuǎn)轍機(jī)交流輸出電源應(yīng)有相序檢測(cè)，當(dāng)斷相/ 錯(cuò)相時(shí)監(jiān)測(cè)單元切斷輸出，并給出報(bào)警信號(hào)。考慮系統(tǒng)中的UPS 與穩(wěn)壓電源均可能發(fā)生故障，因此在穩(wěn)壓模塊、UPS 上均設(shè)置手動(dòng)維護(hù)旁路開關(guān)，方便設(shè)備故障后至維修完畢期間，信號(hào)系統(tǒng)能夠正常供電。
3.4 多層隔離
電源系統(tǒng)的各種輸出電源均應(yīng)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(hù)、短路保護(hù)等功能，交流、直流電源均應(yīng)對(duì)地絕緣。向室外設(shè)備供電的電源電路，采取可靠的防雷措施并單獨(dú)送電。
3.5 智能管理
智能電源屏的面板上設(shè)有工作狀態(tài)表示顯示屏，對(duì)所有輸入/ 輸出電壓和電流進(jìn)行監(jiān)控和分析，對(duì)所有接觸器、斷路器、模塊等部件正常或故障狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和分析，可對(duì)UPS及蓄電池通過RS-232/485 接口讀取其工作狀態(tài)并進(jìn)行分析。采用計(jì)算機(jī)及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)各輸入、輸出回路的電壓、電流，和反映電源系統(tǒng)內(nèi)部各部分工作狀態(tài)，以及正常或故障的開關(guān)量進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)、分析，并能以圖像、表格、文字說明等方式在維修支持子系統(tǒng)上，對(duì)全線電源系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)工況的監(jiān)視。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，將產(chǎn)生自動(dòng)聲光報(bào)警。
4 典型城市軌道交通信號(hào)電源容量
一般的城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)電源配置大概如表1 所示。
5 電源子系統(tǒng)運(yùn)行原理
5.1 系統(tǒng)工作模式
兩路獨(dú)立的AC380V 輸入電源經(jīng)切換單元切換后送至UPS，再由UPS 向電源屏供電。系統(tǒng)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(lián)鎖子系統(tǒng)、信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)、列車占用檢查設(shè)備( 計(jì)軸)、繼電器等信號(hào)設(shè)備的電源。直流電源部分，主要為車站的信號(hào)設(shè)備提供DC24V、DC60V(DC50V)、DC12~DC 48V、DC220V 以及DC110V 電源。采用智能高頻開關(guān)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(lián)均流方式運(yùn)行，在模塊正常情況下同組模塊均分負(fù)載，當(dāng)其中一個(gè)電源模塊故障時(shí)，其他模塊保證提供最大負(fù)載需求，不影響信號(hào)設(shè)備的正常運(yùn)行。具有測(cè)量輸出電流、輸出電壓的功能并提供欠壓、過壓報(bào)警功能，并在輸出端有過載保護(hù)及浪涌吸收設(shè)備。
交流電源部分，主要為車站的信號(hào)設(shè)備提供AC220V 電源。經(jīng)UPS 輸出到電源屏進(jìn)行各路交流輸出的分配和監(jiān)測(cè)，并供各設(shè)備使用。相應(yīng)的電源輸出配置漏電檢測(cè)功能。系統(tǒng)工作原理框圖如圖4 所示。
5.2 設(shè)備集中站電源運(yùn)原理
⑴ 設(shè)備集中站信號(hào)系統(tǒng)，配置2 路AC380Vac 市電供電，兩路市電經(jīng)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UPS 及交流轉(zhuǎn)轍機(jī)等負(fù)載。當(dāng)其中一路市電故障后，ATS 切換裝置自動(dòng)將供電狀態(tài)轉(zhuǎn)入另一路市電供電。
⑵ 輸入總配電輸出分3 個(gè)回路。其中回路1 供給一個(gè)三相隔離變壓器和三相交流轉(zhuǎn)轍機(jī)。
⑶ 回路2 市電給UPS 系統(tǒng)主輸入，AC 交流電經(jīng)過UPS穩(wěn)壓穩(wěn)頻后，供給智能電源屏，為各路AC 或者DC 系統(tǒng)信號(hào)電源模塊供電。當(dāng)市電斷電后，UPS 以零切換方式，轉(zhuǎn)入后備供電模式，直至市電恢復(fù)或者電池放電截止。
⑷ 當(dāng)UPS 系統(tǒng)故障時(shí)，UPS 自動(dòng)轉(zhuǎn)入靜態(tài)旁路供電模式。靜態(tài)旁路上設(shè)置一個(gè)穩(wěn)壓電源由回路3 供給，保證UPS 旁路電壓正常。
5.3 非設(shè)備集中站電源運(yùn)行原理
⑴ 設(shè)備集中站信號(hào)系統(tǒng)配置1 路AC380Vac 市電供電，輸入總配電輸出到穩(wěn)壓模塊后，對(duì)UPS 供電。市電正常時(shí)，市電經(jīng)UPS 穩(wěn)壓穩(wěn)頻后，為智能電源屏供電。當(dāng)市電異常時(shí)，UPS 以零切換方式，轉(zhuǎn)入后備供電模式，直至市電恢復(fù)或者電池放電截止。
⑵ 當(dāng)UPS 異常時(shí)，系統(tǒng)通過手動(dòng)方式轉(zhuǎn)入手動(dòng)旁路供電模式，旁路供電同樣采用穩(wěn)壓模塊提供電源。保證系統(tǒng)電壓穩(wěn)定。
6 結(jié)語(yǔ)
本文主要介紹了城市軌道交通信號(hào)電源子系統(tǒng)的架構(gòu)，分析了其主要組成部件的系統(tǒng)框圖，及其運(yùn)行模式和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。信號(hào)電源屏是城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)的重要配套設(shè)備，該設(shè)備專用于對(duì)信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備交流及直流不間斷供電，保證信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備穩(wěn)定、可靠、連續(xù)地運(yùn)行。