轨道交通系统电源子系统原理

　　轨道交通信号系统时轨道轨道交通的指挥者，而轨道交通信号系统电源子系统则是整个信号系统的心脏。一套稳定、可靠的供电系统，是信号系统的基础保障，也是保障轨道交通有序、快速运行的根本保障。本文主要介绍城市轨道交通信号电源的架构和原理，及其设计时的一些要点。

　　一、引言

　　在城市轨道交通系统中，信号系统是一个集行车指挥和列车运行控制为一体的非常重要的机电系统，它直接关系到城市轨道交通系统的运营安全、运营效率以及服务质量。它是保证乘客和列车的安全，实现行车指挥和列车运行现代化，实现运输快速、高密度、有序运行的功能的关键系统设备。

　　二、城市轨道交通信号系统电源子系统的组成

　　城市轨道交通信号系统一般包括：信号设备、连锁设备、闭塞设备等。如果说信号系统是城市轨道交通运行的指挥员的话。那么信号电源系统就是这个指挥员的心脏，信号电源系统的正常与否，直接关系到信号系统正常运行。所以目前轨道交通信号系统中，一般均设置有UPS供电保障及轨道交通专用电源设备，以保障信号系统的供电安全。

　　信号电源系统一般由防雷系统、输入配电屏、输入稳压（隔离）器、不间断电源系统UPS、输出配电屏、隔离变压器、信号电源（交流/直流）、输出配电等部分组成。

　　由于城市轨道交通系统中，根据站点性质，可以设备集中站、非集中站等。一般设备集中站信号电源系统由智能电源系统，主要包括交流输入双路自动切换单元、双UPS、蓄电池、智能电源屏和稳压器等组成；非设备集中站和车辆段（ATS和DCS用）由单UPS、蓄电池、配电柜及稳压模块；维修中心仅配置单UPS、蓄电池和稳压模块等组成。

　　图一、设备集中站信号电源系统架构

　　图二、非设备集中站信号电源系统架构

　　图三、设备列盘图示意

　　三、系统电源设计要点

　　1、双路供电设计

　　电源系统设备应具有两路引入电源的自动转换功能，在两路引入电源自动转换或中断时，UPS应无时间中断地从备用电池上提供后备电源。UPS蓄电池持续供电时间应不少于30分钟。

　　2、高可用性设计

　　信号智能电源系统设备包括交流输入双路自动切换装置、UPS（单机带稳压旁路）、智能信号电源屏（开关柜）等单元，以上单元应优先采用模块插接结构，以降低现场维修难度及缩短维修维护时间。

　　3、高可靠性设计

　　由于信号系统的重要性，考虑电源系统中，UPS和信号专用电源的电路结构的复杂性及自身的重要性，所以一般信号电源均按冗余设计。其中一般UPS采用“1+1”并联冗余设计。智能信号电源屏的每路输出电源应保证两路并联冗余或N+M冗余（M≥N/3），可热插拔更换模块。

　　电源系统能够抗道岔转辙机启动、停止时的电流冲击能力，转辙机采用变压器进行隔离后输出，电源屏对交流转辙机交流输出电源应有相序检测，当断相/错相时监测单元切断输出，并给出报警信号。

　　考虑系统中的UPS与稳压电源均可能发生故障。因此在稳压模块、UPS上均设置手动维护旁路开关。方便设备故障后至维修完毕期间，信号系统能够正常供电。

　　·多层隔离

　　电源系统的各种输出电源均应采用隔离供电方式。合理分束，分别供电。具有完善的隔离、净化、分配、防雷、过压和过流保护、短路保护等功能，交、直流电源均应对地绝缘。向室外设备供电的电源电路采取可靠的防雷措施并单独送电。

　　·智能管理

　　智能电源屏的面板上设有工作状态表示显示屏，对所有输入/输出电压和电流进行监控和分析，对所有接触器、断路器、模块等部件正常或故障状态进行监控和分析，可对UPS及蓄电池通过RS-232/485接口读取其工作状态并进行分析。

　　采用计算机及通信网络技术对系统各输入、输出回路的电压、电流和反映电源系统内部各部分工作状态及正常或故障的开关量进行全面监测、分析，并能以图像、表格、文字说明等方式在维修支持子系统上对全线电源系统进行实时动态工况的监视。当故障发生时，将产生自动声光报警。

　　四、典型城市轨道交通信号电源容量

　　一般的城市轨道交通信号系统电源配置大概如下：

　　位置用房名称设备总耗电量(KVA)后备时间备注

　　设备集中站设备室4030分钟转辙机约占10KVA，UPS负载约30KVA

　　非设备集站设备室1030分钟全部由UPS供电

　　控制中心设备室4030分钟全部由UPS供电

　　信号楼设备室及电源室4030分钟全部由UPS供电

　　停车列检库车载设备工区测试室1030分钟全部由UPS供电

　　试车线设备室2030分钟全部由UPS供电

　　维修中心1030分钟全部由UPS供电

　　培训中心培训机房3030分钟全部由UPS供电

　　五、电源子系统运行原理

　　1、系统工作模式：

　　两路独立的AC380V输入电源经切换单元切换后送至UPS，再由UPS向电源屏供电。系统输出分为直流电源部分和交流电源部分。提供包括ATS、ATP、ATO、联锁子系统、信号机、转辙机、列车占用检查设备（计轴）、继电器等信号设备的电源。

　　直流电源部分主要为车站的信号设备提供DC24V、DC60V（DC50V）、DC12～48V、DC220V以及DC110V电源。采用智能高频开关电源模块提供电源输出，所有电源模块采用冗余备份的并联均流方式运行，在模块正常情况下同组模块均分负载，当其中一个电源模块故障时其他模块保证提供最大负载需求，不影响信号设备的正常运行。具有测量输出电流、电压的功能并提供欠压、过压报警功能，并在输出端有过载保护及浪涌吸收设备。

　　交流电源部分主要为车站的信号设备提供AC220V电源。经UPS输出到电源屏进行各路交流输出的分配和监测，并供各设备使用。

　　相应的电源输出配置漏电检测功能。系统工作原理框图如下：

　　图四、信号电源系统工作原理框图

　　2、设备集中站电源运行原理

　　（1）设备集中站信号系统配置2路AC380Vac市电供电，两路市电经过输入总配电屏中的ATS切换装置切换后，输出其中一路市电给到UPS及交流转辙机等负载。当其中一路市电故障后，ATS切换装置自动将供电状态转入另一路市电供电。

　　（2）输入总配电输出分三个回路。回路1给到一个三相隔离变压器，给到三相交流转辙机。

　　（3）回路2市电给到UPS系统主输入，AC交流电经过UPS稳压稳频后，给到智能电源屏，为各路AC或者DC系统信号电源模块供电。当市电断电后，UPS以零切换方式，转入后备供电模式，直至市电恢复或者电池放电截止。

　　图五、正常供电模式

　　图六、电异常电池供电模式

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