广州地铁3号线VCC系统I／O架电源冗余改造的分析

刘 翔 钟敏富

VCC是广州地铁3号线信号系统SelTrac S40的核心组件，负责3号线的中心ATP、ATO和联锁功能，当VCC发生故障时，系统将失去ATC功能，进入降级模式，线路运能会遭受巨大影响。VCC系统室内设备包含6个机柜，分别为SGVCC、I／O1、I／O2、DT1、DT2 和 Snooper，每个机柜采用由电源屏输出的220V交流电，经1个或多个交直流转换电源，为机柜提供稳定的直流工作电压。其中I／O架单独设有1个电源子架，包含5个AC／DC转换电源 （SV电源），将220V AC输入电压转换为5．1VDC、5．3VDC输出电压。其中 SV1、SV2、SV3、SV4输出电压为5．1VDC，SV7输出电压为5．3VDC。

依靠SV电源的高可靠性，设计电源供电方式时并未考虑冗余，每个SV电源单独为I／O架1层或多层子架提供工作电源。当某个SV电源发生故障停止输出时，该电源对应供电层子架失电，就会对VCC系统产生相应的影响，如表1所示。从表1可以看出，任何一个SV电源出现故障时，均会最终导致VCC死机。

2014年3月1日，3号线北延段VCC4I／O1架SV1故障，导致VCC4死机，整个VCC4区域失去ATC功能，区域内全部列车丢失通信，只能采用降级模式运行，对运营造成较大影响。因此，站在运营维护的角度，除尽量降低单个设备的故障率外，还需在成本允许的范围内考虑备用或冗余，将单个设备的故障风险进行分担，提高整体系统的可靠性。本文从I／O架SV电源出发，从改造思路、改造成本、安装方案等几个方面，对I／O架电源冗余改造进行可行性论证，设法降低系统故障率，减少由故障引起的财产损失及负面影响，从而节约运营成本，提高运营效率。

表1 I／O架SV电源对应供电子架表

1 改造思路

冗余改造的总体思路是增加1个或多个冗余电源，冗余电源与原电源并联输出，共同为对应层子架供电，当其中1个电源故障时，并联的其他冗余电源仍然继续供电，保持子架不失电。具体的冗余方式有以下2种。

1．1∶1冗余方式。在现有5个电源模块的基础上，按照1∶1的比例，为每一个SV电源配置1个冗余电源，2个电源并联输出，保持原有的子架供电对应方式。如图1所示。

图1 1∶1冗余方式原理图

2．N＋1冗余方式。原有的5个电源模块，将SV1，SV2，SV3，SV4并联，再并联1个冗余模块，共同为4层子架供电，SV7并联1个冗余模块，为另外3层子架供电。如图2所示。

图2 N＋1冗余方式原理图

2 设计方案

根据I／O架所使用的POWER－ONE型 AC／DC转换电源接线端子定义 （表2），该型号电源支持并联扩展，及并联输出的均流控制，通过少量连线即可实现2个电源并联输出。

由表2的接线端子定义可知，12管脚为VO＋遥感，14脚为VO－遥感，用于SV电源对自身的输出电压VO进行监测、调节，当遥感端监测到电源输出电压高于或低于标准输出电压时，电源内部的反馈调节电路将对输出电压进行调整，保证电源输出电压始终处于标准状态。22管脚为均流控制，2个电源并联输出时将两电源的22端连接，可保证两电源的输出电流保持均等。

根据SV电源原理框图及管脚定义，对应2种不同的冗余改造方式，初步拟定如下改造方案。

方案1（1∶1冗余方式）：将2个电源并联使用，接线方法见图3，S＋与V0＋并联后接二极管接负载的正极，S－与V0－并联后接负载的负极。

表2 SV电源端子定义

图3 方案1连接方式

方案2（N＋1冗余方式）：在所有电源的输出端V0接二极管后，再并联接负载，在S端接二极管后并联，再与输出电源相连接。如图4所示。

3 安装方式

根据2种方案的设计思路，方案1需要增加整个电源层，用来安装5个冗余电源；方案2只需增加2个冗余电源。安装方式比较见表3。

I／O机架每层子架均安装有设备，已无空余的子架可用于加装整层设备。但是在SV电源子架层，每层可安装7个电源，目前仅安装使用SV1，SV2，SV3，SV4，SV7共5个电源，还有SV5，SV6 2个安装位置可以使用，且SV5，SV6 2个电源的母板处配线齐全，即该2处只要插入电源即可直接使用。

图4 方案2连接方式

表3 安装方式比较

4 结束语

假设I／O架SV电源故障概率为1%，由于无冗余设计，且通过前面分析，任一SV电源故障均会导致VCC死机，那么抛开其余设备单独考虑I／O架的供电层，系统由SV电源导致的故障概率为1%。增加冗余设计后，单个SV电源故障仍然为1%，且必须2个电源同时故障才会导致I／O架掉电引起系统故障，那么系统由电源导致的故障概率为1%×1%＝0．01%，故障率大大降低。从节约运营成本，提高运营服务质量的角度出发，VCC系统的电源冗余改造是可行的。

目前该项目改造已经完成立项审查，正在做产品设计及相关试验，在培训室搭建的试验平台上测试通过后，预计2016年底将正式上线安装在3号线VCC系统I／O机柜上使用。

［1］ 广州地铁3号线信号系统技术规格书［R］．广州地下铁道总公司，2008，6．

［2］ 广州地铁3号线VCC设备维护手册［R］．广州地下铁道总公司，2008，6．