地铁信号系统电源配置方案探讨

0 引 言

地铁信号系统即ATC(Automatic Train Control，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110 V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。

本文就信号系统地面部分设备集中站的电源方案进行探讨。

1 信号电源屏

1.1 原理

目前地铁中使用的模块化信号电源屏示意图如图1所示。

过去使用的单体分立元件式的信号电源屏由于不方便使用维护和占地面积较大而逐渐被淘汰，现在使用的是模块化信号电源屏，即信号系统需要的各种直流电源通过高频开关电源模块提供。直流24 V电源为CI、光连接模块、继电器等供电，直流60 V电源为CI、ATP等供电，交流230 V为轨道电路、信号机等供电，交流三相380 V为转辙机供电。直流模块采用N+1均流并联方式，交流三相转辙机模块采用1+1热备，交流230 V通过UPS输出配电直接输出。

1.2 安全防护

1.2.1 漏电检测

各路输出电源信号引入至漏电保护装置中的检测电路，当检测到漏电流大于设定值时，则相应的保护电路动作。此时面板上的指示灯亮且蜂鸣器呜叫。可以分别检测被测交流电源相线到地和零线到地的漏电流，或分别检测到被测直流电源正极到地和负极到地的漏电流。

1.2.2 电源隔离

向室外设备、继电电路供电电源回路输出端采取隔离措施，交流供电采用变压器隔离方式，直流供电单元采用高频隔离方式。

1.2.3 过压／过流保护

电源模块本身具有过压过流保护措施：模块输出过电压时，自身处于保护状态，切断对外部的电源供给，保障设备的安全；模块输出电流超出额定值时，即进入限流输出状态。直流电源模块的输出电压严格限制其输出不超出其额定电压的20％。

1.2.4 防雷

输人采用三级防雷系统，B级防雷位于机柜外面，C、D级防雷包含于机柜中。考虑到信号设备复杂的工作环境，在每路输出还设有一级输出防雷，保证信号系统室外设备在恶劣的环境下可靠工作。防雷具有智能监测功能，在防雷器失效时给出告警信息。

1.3 接口

两路外部输入三相四线制电源经信号电源屏的自动切换装置后提供给UPS(不间断电源)。电源屏与UPS监测单元采用RS-232串行接口通过屏蔽通信电缆连接，电源屏的监控单元实时采集或接收UPS的状态信息，通过电源屏集中组网对全线电源设备进行监控。UPS的干接点信息通过电源屏接点排集中转接，并与电源屏本身的干接点信息一起提供给信号系统的ATS子系统。

2 UPS

2.1 UPS的工作方式

从UPS的发展历史来看，它经历了由旋转型工作方式到现在大量使用的静止转换工作方式的转变。旋转型工作方式的UPS基本上已经淘汰，现在基本上采用静止转换工作方式的UPS。静止式UPS从其位于市电与负载之间的工作方式来区分，可分为后备UPS、互动式UPS和双变换式UPS等3种。

2.1.1 后备式UPS

后备式UPS示意图见图2所示。

后备式UPS是一种价格低廉、仅能满足一般客户要求的普及型UPS，容量一般只有0.5 kVA～2 kVA左右。功率变换回路的构成比较简单，主要由滤波电路、电池充电及逆变电路组成。

当市电正常时，UPS一方面通过滤波电路向用电设备供电，另一方面通过充电回路给电池充电，电池充满时充电回路停止工作。在这种情况下，UPS的逆变电路不工作。当市电发生故障，逆变电路开始工作，后备电池放电，在一定时间内维持UPS的输出。可见UPS存在一个从市电供电到电池供电的转换过程，这种转换一般通过继电器来实现，因此会有转换时间，切换期间UPS的输出会出现瞬间掉电的现象。转换时间一般小于15 ms，不会影响普通计算机的正常工作，但对服务器等高端设备来说，后备式UPS的供电质量是远远不够的。

2.1.2 互动式UPS

互动式UPS示意图见图3。

互动式UPS电源也称为准在线式UPS电源，市电供电在220 V±20％时，UPS认为电网基本正常，交流电通过工频变压器直接输送给负载；当市电超出上述范围，但在150 V～276 V之间时，UPS通过逻辑控制，驱动继电器动作，使变压器抽头升压或降压，然后向负载供电。若市电低于150 V或高于276 V，UPS将启动逆变器工作，由电池逆变向负载供电。市电在150 V～276 V之间