城市轨道交通信号UPS供电方案研究

邝香琦

（武汉铁路职业技术学院，湖北 武汉 430073）

0 引 言

信号电源屏作为信号系统的供电设备，其供出电源的质量将影响到信号设备的正常工作，进而影响到行车的效率和安全，需要根据现场的实际情况选取合适的信号电源配置方案。

1 城市轨道交通信号电源系统的构成

城市轨道交通信号电源系统主要由智能电源屏、UPS以及蓄电池组成。来自配电箱的两路可靠且独立的交流380 V/220 V电源，引入城市轨道信号电源系统，经处理后分别向联锁、区域控制器以及列车自动监控系统等供电。

传统信号电源屏存在稳定性差、可靠性差以及难以维护等问题。信号智能电源屏的出现改善了机械电源屏存在的这些问题。它采用模块化设计思想，在现场设计施工时可通过增加或减少模块来满足现场设备的用电需求。当确定某一模块故障时，只需更换对应的模块即可，大大降低了电源屏维护工作量。

UPS是指不间断供电系统，为地铁信号设备提供稳定不间断的电源。它由变流器、开关以及蓄电池组成，在输入电源故障时能通过蓄电池为负载供电。蓄电池是一种可以反复充放电的电池，与UPS配套使用时，通过UPS中的逆变器将其储存的电能转换成市电，使得信号设备在停电的情况下能够正常工作一定的时间。

2 城市轨道交通信号UPS供电的配置方案

我国城市轨道交通建设的建设规范和准则未对信号电源配置的冗余性质做出明确规定，故不同轨道交通线路的信号电源配置方案可能存在差别。通过分析整合运行线路，确定如下的信号电源系统配置方案。

2.1 单UPS

单UPS是指信号电源系统配置方案中只设置一套UPS设备，包括两种情况。

2.1.1 单UPS（不带转辙机）+稳压器

单UPS（不带转辙机）+稳压器方案配置如图1所示。由配电箱引入两路可靠的独立电源，经电源切换单元处理后，输出一路送入后续模块。计轴、信号机以及联锁机等设备对供电电源的稳定性有要求，其所需的电源需经稳压器处理后送至UPS，然后经过后续对应模块处理供电。对于其他一些对电源稳定性要求不高的设备，其所需的电源直接由电源切换单元送至UPS，经过后续模块处理送入设备[1]。

图1 单UPS（不带转辙机）+稳压器方案

I、II路电源正常的情况下，由电源切换单元选择哪一路供电。若正在工作的一路输入电源故障，则电源切换单元自动倒向另外一路电源供电。若两路电源均故障，则由蓄电经UPS向外围设备供电，保证外围设备在一定时间内正常工作。这种配置方案应用于大连地铁1号线和2号线、福州地铁1号线、兰州地铁1号线以及郑州地铁2号线等。

2.1.2 单UPS（带转辙机）+稳压器

单UPS（带转辙机）+稳压器配置方案与单UPS（不带转辙机）+稳压器配置方案的区别在于，交流转辙机电源模块所需的电源由UPS向转辙机模块供给，而不是由电源切换模块直接供给的。这种配置方案应用在南昌地铁1号线和2号线、北京地铁昌平线以及石家庄地铁1号线等。

2.2 双UPS

双UPS是指信号电源系统配置方案中设置两套UPS设备，具体有以下3种情况。

2.2.1 双UPS（不带转辙机）

双UPS（不带转辙机）方案配置如图2所示。该配置方案中设置了两套UPS，互为热备。一套UPS故障后，另一台UPS能够接替故障机向后续设备供电。这种供电方式的可靠性较单UPS供电方式有很大提高，目前已应用于苏州地铁1号线和长沙地铁2号线等。

图2 双UPS（不带转辙机）方案

2.2.2 双UPS（带转辙机）

双UPS（带转辙机）配置方案与双UPS（不带转辙机）配置方案的区别在于转辙机电源模块的供给是从UPS送入的，工作原理与双UPS（不带转辙机）相同，应用于天津地铁6号线等。

2.2.3 双UPS（不带转辙机）+稳压器

双UPS（不带转辙机）+稳压器配置方案如图3所示。这种配置方案的工作原理同双UPS（带转辙机）的区别在于，输入UPS的电源可根据实际需求通过稳压器集中稳压，有来自于经过稳压器处理后的和直接输入UPS的两种电源。该配置方案应用无锡地铁1号线和2号线，以及苏州地铁2号线和4号线等。

2.3 双母线（不带转辙机）

双母线（不带转辙机）配置方案如图3所示。其中，两台UPS互为双机热备，每一套UPS通过自身母线向外围模块供电。当两UPS中任一个UPS模块或者供电母线线路出现故障时，互不影响，从而提高了系统的可靠性。该配置方案应用于广州地铁7号线以及上海地铁5号线、8号线、9号线、10号线、13号线等。

图3 双母线(不带转辙机)方案

2.4 UPS整合

UPS电源整合是轨道交通UPS电源的开展方案。整合弱电体系UPS有利于对各UPS电源体系的硬件整合和汇集放置，便于统一管理，可实现资源共享，减少设备占地面积，降低土建工程造价[2]。

2.4.1 UPS整合（不带转辙机）

UPS（不带转辙机）配置方案如图4所示。系统输入的电源经UPS后向外围弱电系统供出所需要的电源，但交流转辙机所需的电源需通过电源切换单元处理，然后送入电源屏模块并经其处理后，最后送给交流转辙机。这种配电方案对UPS设备的要求较高，应用于天津地铁2号线、天津地铁3号线以及新津有轨电车等。

图4 UPS整合(不带转辙机)方案

2.4.2 UPS整合（带转辙机）

UPS（带转辙机）配置方案与UPS（不带转辙机）配置方案的区别在于转辙机电源模块的输入来源于UPS，其工作原理与UPS（不带转辙机）相同。该配置方案应用于北京地铁6号线。

3 配置方案分析

3.1 单UPS、双UPS、双母线以及UPS整合分析

单UPS的配置方案中，若UPS单点故障，则将会影响信号系统的稳定运作。双UPS的配置方案中设置了两套UPS，当一套UPS故障时，另外一套UPS能代替其工作，从而提升了系统的可靠性和可用性，但两者共用同一条母线，若母线故障，则将会导致UPS整个供电系统的瘫痪。针对这个问题，本文提出了双母线UPS的配置，进一步提升了系统的可靠性和可用性。UPS整合将通信和信号等系统的供电整合在一起，由UPS集中供电。这种配置方案一方面节约了施工成本，另一方面降低了维保复杂度。

3.2 UPS不带转辙机和UPS带转辙机配置方案分析

UPS不带转辙机和UPS带转辙机两种配置方案中，当I路和II路电源输入均故障时，前者的交流转辙机设备无法正常工作，将会影响到行车效率甚至行车安全，而后者的蓄电池可通过UPS处理向转辙机供出电源，维持转辙机在一定时间内正常动作，对行车效率影响相对较小。

3.3 UPS+稳压器和UPS配置方案分析

UPS+稳压器和UPS两种配置方案中，前者可根据实际需求采用稳压器集中稳压后送入UPS，经其处理后，送入对电压稳定性有较高要求的设备，便于维护保养，后者则是将稳压分散在UPS后续的各个模块。

4 结 论

单UPS、双UPS、双母线以及UPS整合等不同UPS电源方案的配置，在可靠性和可用性不断提升的同时，施工成本和技术要求等也有所提升，而且随着轨道交通信号设备智能化程度的提升，对电源质量的要求也越来越苛刻。电源屏配置方案的设计，不仅需要从轨道交通对信号系统的安全性、可靠性以及稳定性3个方面出发，还需考虑现场的实际需求、相关文件的要求以及工程造价等，以保证城市轨道交通信号系统的供电安全。