地铁通信电源系统技术及安全控制研究

胡峰

（北京市地铁运营有限公司通信信号分公司，北京 100089）

0 引言

近年来，我国经济飞速发展，地铁牢牢占据城市公共交通主力地位。地铁通信系统可靠、稳定运行是地铁正常运营的保障，而地铁通信电源系统承载车站、控制中心设备等重要设施供电任务，是通信系统运行基本保障。因此，对地铁通信电源系统在构成、现状、改进方案等方面进行分析和讨论具有重要意义。

1 地铁通信电源系统主要供电技术分析

1.1 不间断供电技术

在地铁通信电源系统中，不间断电源（UPS）是非常重要的组件之一，能够为地铁通信系统稳定运转提供保障，使地铁各交通设施之间安全、稳定地传输数据。地铁通信系统不间断电源是一个多部件构成的应急系统，主要由蓄电池、逆变器、整流装置、静态开关等部件组成。在常规供电情况下，不间断电源系统能够稳压、稳频，保障供电系统提供的电力质量，使整个通信系统运行更加平稳。在常规工况下，不间断电源系统通过常规供电向自身系统中蓄电池充电，防备出现突发应急情况。当外部供电因故停电后，不间断电源系统开启自身工作模式，蓄电池中电量通过逆变器向通信系统提供电力，做到供电无间隙，在外部供电停止的状态下依然可以保证通信系统较长时间正常工作，为处理突发事件赢得时间。

1.2 交流电供电技术

交流供电系统是地铁通信供电系统第二大主要组件，在常规工作状态下为通信系统提供电力。该系统主要由主线路、备用线路、配电箱等构成。在地铁通信电源供电系统中，交流电供电技术主要应用在常规供电中，由交流配电箱、主用线路、备用线路等部分组成。在实际应用中，与不间断电源系统高度集成，实现交流外部供电和不间断电源系统之间无缝衔接，大幅度提升综合供电系统稳定性。在系统中，配电箱处于交流供电技术核心位置，承担交流电源转换和配电任务，保障整个外部供电系统稳定性。当中的电源切换盘支持手动和自动两种工作模式，同时具备电气联锁和机械联锁，加上配电箱中还配备有过载、防雷、浪涌吸收等各种保护装置，最大限度降低突发情况对外部供电系统运行的影响[1]。

1.3 直流电供电技术

在地铁通信电源系统中，另一项供电技术是直流供电技术。在该技术领域中，直流高频开关电源、蓄电池用并联浮充的方式集成在一起，在工作中交流配电屏将交流电源引入，之后转化为恒定48V 直流输出给通信设备使用，达到设备稳定运行效果。该项技术是外部交流供电技术之补充，在地铁通信供电系统中应用广泛。以大连1 号线和2 号线地铁为例，通信设备中的电话交换机、传输设备等均采用直流供电技术，增强了通信稳定性[2]。

2 地铁通信电源安全控制重要性及安全现状

2.1 地铁通信电源安全控制重要性

地铁建设年代存在代差，所应用技术虽在基本构成上大致相同，但在通信和自动控制方便差异较大。目前调查显示，一部分地铁通信电源存在安全级别不够、防护措施不到位、供电独立性差等基本问题。地铁安全运行依赖于通信系统信号稳定传输、精确在线监测、准确数据诊断等，通信电源系统则为通信系统提供稳定电力供应。如果地铁通信电源系统出现问题，直接表现为不能为通信系统提供稳定供电，必然对整个地铁正常运行造成损害。轻则丢失通信数据，造成通信链路不通畅；重则会使地铁系统失控、瘫痪。因此，做好地铁通信电源各项安全控制措施，对可能出现的情况提前做好预测和防范，始终使通信电力供应系统处于良好工作状态，对于保障地铁系统平稳运行、保障人身安全和国家财产安全具有重大意义[3]。

2.2 地铁通信电源安全现状分析

对运营中地铁通信电源系统进行调查和分析，发现问题主要表现在以下几个方面：第一，通信电源与周围电力供应之间独立性不够。第二，通信电源系统中相关储能设备容量冗余度不足。第三，部分通信电源系统防护等级和防护措施不够。这几方面问题对通信电源系统的长期稳定运行具有不利影响，存在隐患，需要提起高度重视。相关技术关联部门需要采取快速、必要措施，对通信电源系统进行完善和安全控制管理，杜绝事故的发生[4]。

3 地铁通信电源安全控制方案

3.1 主动安全措施，将安全线前移

3.1.1 完善配套安全制度

地铁通信电源系统组成较为复杂，需要多名管理和维护人员协同工作才可以使其稳定运行。为避免出现“木桶短板效应”，则需要制定完善配套的安全制度，保证管理人员和操作人员切实履行自身责任。员工在统一规范指导下进行操作，避免工作随意性和个人行为。在配套管理制度制定中，要充分重视以下几个方面：一是要制定全面、规范的操作规程，对各环节和各部门操作标准和要求进行细化描述，所有员工做到按照规程操作；二是制定明确、完善的安全操作制度，防止职工因个人原因而造成误操作；三是制定应急方案和演练制度。对通信电源系统可能出现的问题进行预判，并且定期组织针对性演练，做到走在风险前面；四是建立领导监督机制和监管责任制，将整个系统工作进行合理划分，分管领导责任到人，进行系统化监管，保证安全控制工作效果。

3.1.2 提高安全管理人员素质

安全管理人员是地铁电源系统安全控制工作掌舵人，需要具备极高业务素质和道德修养，保证通信电源系统安全控制规范到位。所以，地铁建设和运营部门务必加强管理团队业务能力和道德修养建设力度，优化团队执行力。在专业水准提升方面，可以采取“请进来、走出去”的管理模式，与科技企业对接，管理人员进入科技企业学习、科技企业到生产一线进行安全指导，形成互相促进局面。与此同时，构建常态培训机制，使管理队伍始终保持技术和道德素养先进性。比如，绍兴轨道交通集团在2020 年开展安全教育培训，集团向管理者发放操作规程和安全控制必备知识手册，并且通过各种媒体向管理者推送安全知识和案例，整个团队素质得到明显提升。

3.1.3 UPS 主动安全疏导

目前，地铁通信电源系统多采用静止在线UPS，这种类型UPS 系统融入安全疏导原理，以此为通信电源系统各个部分稳定运行提供保障。UPS 安全疏导的应用领域主要为蓄电池基础防护和电泳抑制方面，工作人员在日常运行中要做好UPS 充电监测、放电监测以及放电保护监测等工作，使UPS 安全疏导机制始终处于灵敏待命状态，做好随时化解供电系统风险准备，增强地铁通信电源系统安全控制效果。比如杭州地铁5 号线，工作人员对UPS、专用信号系统等建立了非常完善的常规检测监控体系和方案，制定了多达上百条电源系统问题应急解决方案，而且对设备采购方案提出了明确意见和建议，标准堪称最严苛，以此优化电源系统管理水平，保障电源系统长期稳定运行。

3.2 做好安全监控，实时掌握安全

地铁通信电源系统保持健康状态是地铁安全、正常运行的基石。地铁通信系统负责数据传输、诊断，为整个地铁系统运行提供各项参数和指标。如果通信电源系统发生故障，就会造成非常严重的后果。本着预防大于治疗原则，地铁运营中要加强通信电源系统日常监测，实时监控电源系统各部分工作状态，对可能发生的问题及时摸排和处理，保证通信电源系统长期安全稳定运转。地铁通信电源系统主要由监控系统、系统蓄电池、不间断电源系统（UPS）、直流高频开关电源等部分构成，在日常工作中，要对每一部分做好工作监控，这是电源系统安全控制的重要组成部分。

3.2.1 直流高频开关电源监控

直流高频开关电源主要由配电模块、监控设备和整流器等模块构成。在正常供电状态下，整流器满足供电所需同时给蓄电池充电。当发生外部供电问题时，蓄电池可以继续为通信系统提供稳定供电。在工作中，针对直流高频开关电源系统特点，要定时检查蓄电池容量冗余度和配电模块灵敏度，以便在出现问题状态下能够灵敏触发系统内置机制。

3.2.2 UPS 系统监控

UPS 系统可以被称为通信电源系统安全阀门，在系统中的重要性不言而喻。在日常运行中，要重点关注UPS 系统如下部件的运行状态，可以借助第三方设备进行监测。首先，对UPS 应急自启动功能进行监测，使其常态化处于良好待命状态，在遇到故障时能够及时启动UPS 对外供电；其次，要对UPS 蓄电池进行周期性参数测量，一旦发现充、放电能力发生改变，超出允许限定值，就必须马上进行维护，以备不时之需。

3.2.3 加强定期检测检查

提升地铁通信电源系统安全控制水平要从提升设备自身稳定性以及完善设备设施监控机制两方面展开。需要确认详细检查部位以及检查周期，做好检查记录，绝不允许出现漏查、敷衍等行为，绝不放过任何细小涉及安全的环节。一旦发现电源系统有故障倾向，要能够在第一时间做出迅速反应，防止事态扩大。

3.3 注重日常维护，为安全提质

3.3.1 电源交流部分维护

阀控式密封铅酸蓄电池+高频开关电源的配置为现阶段大部分通信电源系统所采用，照顾到了维护便利。在系统运行中要定期进行维护，在维护操作中尤其要检查交流输入避雷器的工作情况。在雷雨气象条件下，若发现防雷模块故障指示窗口颜色呈现红色，则必须及时对防雷模块予以更换，确保避雷模块发挥其自身功能，防止恶劣天气对系统造成破坏。

3.3.2 电源整流器部分维护

整流器健康状态关系着通信电源系统电力输出的稳定性。在常规运行状态下，整流器维护主要涉及防尘和除尘，以及对低湿度和高湿度工况下对整流器的保护性维护工作。防止湿度过高或过低对整流器工作产生不利影响。维护频率一般为一季度进行一次清洁并且检查连接件的牢固程度。除此之外，还要定期检查通信电源高频开关参数设置数据，在系统工作中未经许可严禁更改。

3.3.3 蓄电池组部分的维护

通信电源系统中的蓄电池为消耗性组件，日常应用中出现问题频率较多，而且对整个系统影响较大。日常运行中，维护人员必须对蓄电池状态给予充分关注，主要涉及四个方面：第一，对蓄电池浮充电压进行定期动态监测，绘制参数变化曲线。如果发现浮充电压超过蓄电池自身参数限定值时，则必须立即采取手段进行调整。一般情况下，对蓄电池检测可以设定为每月一次，如果少量超过厂家标定参数且历经数月观察无法恢复至正常值，可以联系蓄电池供应厂家进行处理。第二，对电池温度进行检查。目前地铁通信电源系统所采用蓄电池大多为阀控式密封铅酸蓄电池，该电池参数要求工作环境温度范围控制在20～25℃。如果检查中发现有蓄电池过热现象，应立即联系蓄电池供应厂家进行处理。第三，避免蓄电池发生过充、过放现象。对蓄电池进行持续大电流充电容易使蓄电池体产生变形或鼓胀，导致蓄电池内部部件损坏，致使蓄电池报废。如果长时间大电流放电或者过度放电，会明显降低蓄电池充放循环次数，大幅度缩短蓄电池使用寿命。第四，在维护时对蓄电池和供电系统之间连接件保持高度关注，保证其接触紧密性，如果发现松动或者锈蚀现象，应立即进行紧固或维修操作，立即消除隐患。

3.4 应用新技术，提升整体稳定性

随着人工智能和大数据系统在各行各业的应用，地铁通信电源系统引入新技术，能够减少维护工作量，提高整个电源系统稳定指数，提升安全水平，降低维护投入。

3.4.1 向智能化方向发展

地铁通信电源系统建设应主动加入人工智能和大数据支持，向智能化方向发展。通过人工智能系统和大数据系统融入该系统，在系统发生问题时可以做到快速、精准定位并及时消除问题隐患，更加高效保障系统正常运行。在日常监测中，智能化系统可以动态掌握整个电源系统工作参数并进行动态调整，保证系统始终工作在最佳状态。

3.4.2 换装新型UPS 设备

UPS 在地铁电源系统中是整个系统稳定工作的“守护神”。据相关统计，接近一半UPS 系统故障均由蓄电池故障引起，可见现有UPS 系统在工作时存在一定系统缺陷。针对这一问题，可以换装具备如下改进功能的最新UPS 系统：第一，具备完善自我保护装置和高可靠性控制系统。第二，对输入电源适应性强，具备宽幅输入功能。第三，配备有紧急情况自启动功能，在正常供电发生问题时，可以应用电池组启动UPS 备用电源，防止发生次生故障。第四，具备高度智能化控制系统，能够实现系统自动监控和远程管理。第五，具备超强抗电磁干扰能力，在实际应用时能够尽可能减少UPS 对电网的干扰。具备这种功能的UPS 在发生故障时，储能装置能够为工作人员争取足够的时间处理事故，同时为其他系统提供更为到位的保护。

4 结语

综上所述，地铁通信电源系统在整个地铁运行中处于后勤保障角色，系统健康程度对地铁运行至关重要。通过对电源系统进行系统调研和分析，认真剖析系统普遍存在的问题点，有针对性地进行主动安全工作布置、加强系统安全全方位监控、改进设备技术水平、做好系统维护等工作，能够使地铁通信电源安全管理水平得到质的提升，为地铁安全稳定运营提供最强保障。