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)營安全,、運(yùn)營效率以及服務(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，當(dāng)斷相/ 錯(cuò)相時(shí)監(jiān)測單元切斷輸出,，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?；蚬收蠣顟B(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,、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,，并供各設(shè)備使用。相應(yīng)的電源輸出配置漏電檢測功能,。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
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,。