地铁信号系统RRU 供电问题探讨

姜 亭

（长春市轨道交通集团有限公司，吉林 长春 130000）

0 引 言

地铁信号系统的稳定运维是城市轨道交通安全、准点、高效运行的关键，无线射频拉远单元（Radio Remote Unit，RRU）作为该系统的重要组成部分，其供电问题在一定程度上能影响到整个交通信号系统的稳定运行。传统的RRU 供电依赖交流电，存在一定的缺陷。近年来，随着能源供应方式的日新月异，如何选择和采用最佳的供电方式，提高实际应用中的可行性和效率，成为业界急需解决的问题。

1 地铁信号系统中RRU 供电的重要性

1.1 提升传输效率

RRU 用于将基带信号转化为射频信号并发送出去，其供电稳定性直接决定设备是否能够稳定运行，关系到射频信号能否准确、高效地传送。因此，若RRU 因供电问题发生故障，则可能打断信息的传递，降低整个信号系统的传输效率[1]。

1.2 保障地铁运行安全

地铁作为城市的重要公共交通工具，其运行安全至关重要。RRU 负责地铁信号系统的无线通信，一旦RRU 出现供电不足或断电情况，则会导致无法正常接收和发送信息，地铁车辆可能无法准确得到驾驶指令或失去速度控制，从而引发严重的安全问题。因此，保证RRU 稳定供电能及时稳定地接收与发送信息，确保地铁的正常运行和乘客的生命安全[2]。

1.3 延长设备使用寿命

地铁信号系统中，RRU 的稳定供电也是延长设备使用寿命的关键。当RRU 在不稳定的电源供应下运行时，设备本身可能会承受过大的电流冲击，导致内部元件过度劳损甚至损坏。经常处于这种状态的设备将会大大缩短使用寿命，不仅增加保修成本，还可能因设备更换导致信号系统的中断。相反，稳定的供电环境能保证RRU 设备持续、稳定地运行，从而延长其使用寿命，降低地铁信号系统的维护成本和运行风险[3]。

2 地铁信号系统中RRU 供电存在的问题

2.1 供电不稳定

由于地铁运行复杂的地下环境和高密度的运营需求，导致难以实现稳定且连续的电力供应，具体表现出以下4 种形式。

2.1.1 电源质量不均

信号系统内电网布局复杂，部分老旧电力设施无法提供足够稳定、优质的电压，甚至产生频繁的电压突变，而RRU 本质上是高功耗设备，对于电源的稳定性和电压波动的抗性均有较高要求。若电源质量不佳，RRU 可能因电压波动、电压突变等问题而运行不稳定，影响信号的稳定传输。

2.1.2 电源故障频发

地铁系统线路长、覆盖广，零部件众多，且环境复杂多变，长时间高强度的电力传输中，电源系统的各类元件可能在高强度运行中产生故障，影响RRU的电力供给。电源故障将直接导致RRU工作中断，严重威胁地铁信号安全。

2.1.3 电磁环境干扰

在地铁系统中，除了常规的电扇、照明等设备，还有许多高频、大功率的电气设备，如电动机、变频器等。它们在运行时会产生一定的电磁场，可能对RRU 设备产生干扰。若电磁干扰过大，则会影响RRU 供电的稳定性。

2.1.4 地铁系统的漏电问题

由于线路长且设备多，监测和维护难度大。在潮湿的地下环境中，电线磨损、老化，更容易导致设备间、设备和地之间的漏电现象。此类问题一旦出现，必然对RRU 的供电稳定性带来影响。

2.2 能耗过高

在非峰值使用期间，RRU 为非满载运行状态，利用率较低，导致大部分电力被浪费。RRU 各组件的运行状态并不总是与信号传输负荷同步，即使在信号传输量低的时候也经常以全功率工作。此条件下，供电过程中存在大量闲置电力，导致能耗过高。

硬件设备散热处理不足也是造成RRU 供电能耗过高的原因之一。RRU 在运作时产生大量热量，不仅会消耗额外电力，而且可能导致设备过热。现行设计下的散热系统依赖机房空调或风扇散热，为了防止设备过热，在非满载运行条件下，仍然会为空调、风扇提供大量电力，造成较大的能源损耗。此外，连续供电缺失周期性调整也是问题之一。通常情况下，RRU 非独立供电，与新信号系统中的其他设备共同供电，而地铁信号系统中的其他设备如室内基带处理单元（Building Baseband Unit，BBU）需要24 h 运行，使得RRU 也被迫24 h 不断运行。但实际上，夜间和非运输高峰时期，RRU 工作的周期性调整有助于减少能耗。RRU 所在位置及其独立电源配置对能耗影响深远。为扩大信号覆盖范围，多数RRU 被部署在地铁隧道末端，但此位置电网布设困难，维护和监控这些设备的难度较高，成本较大。

3 地铁信号系统中RRU 供电的有效措施

3.1 采用备用电源系统以提升供电稳定性

RRU 作为一种射频传输设备，将基站控制器的数字信号转换为无线信号，此过程需要保持稳定的电力供应，在强调供电稳定性的场景下，备用电源系统不可或缺。常用的设计方案是将备用电源系统嵌入总体安全管理，以达到避免供电中断的目的。备用电源系统通常由不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）、蓄电池和发电机等部分构成，UPS 和蓄电池的结合能够在发生电力问题时提供连续、稳定的电源。当出现供电问题时，RRU 将由UPS 系统供电。UPS使用蓄电池供电，可以在几毫秒到几分钟内提供足够能量，为后续切换到蓄电池或发电机预留宝贵的时间。电路方面主要包括充电器、电池组、逆变器以及控制器，将市电、备用电使用不同开关连接到RRU供电线路中，简要示例如图1 所示。无论是由于长期停电还是规划内的电源维护，蓄电池始终是优先的电源选择。蓄电池的容量应根据RRU 的电源需求和可能的停电时间来确定，以确保供电的持久性和稳定性。在供电计划中，考虑到不同情况的需求，配备合适数量的蓄电池极其重要。弥补长时间停电的有效工具是发电机，它可以在电网正常供电恢复之前提供持续的电力。配合蓄电池组，确保地铁信号系统中的RRU 在各种情况下都能获得稳定的电源。

图1 备用电源电路的连接示例

对于电磁环境的干扰，主要方案是采用避雷和屏蔽处理。例如，在电源线路的建设中，可增加地线，以释放大气中过多的静电，避免引发雷击事故。

关于预防浪涌现象，主要通过在电源输入端增加浪涌保护器来抵消突然增大的电压，避免设备烧毁。浪涌保护器在闪击或过电压情况下会产生短路现象，短时间内产生较大电流，从而保护电力设备不被破坏，电路示意如图2 所示。

图2 防浪涌电路示意

3.2 优化功率配置方案以降低能耗

合理规划RRU 的工作时段和工作模式对于降低能耗具有决定性的作用。根据地铁乘客的出行流量大小可将RRU 的工作时段分为高峰时段和非高峰时段。在高峰时段，由于乘客密集，车次较多，RRU 需要全力运行，以保持稳定和高效的通信服务；非高峰时段，人流量相对较小，车次较少，对信号传输需求较小，此时RRU 可以降低功率或进入低功耗模式。深度休眠技术也是优化RRU 能源消耗的一种有效手段。深度休眠指在载波信号空闲时，RRU 进入低功耗状态，减少不必要的消耗。而在需要提供服务时，RRU又可以快速唤醒并增大输出功率，以便提供优质的通信服务。这种技术既确保了通信的持续性，又降低了能耗。此外，基于负载数据进行电源的动态调整。利用内置传感器读取RRU 的功率和运行负载数据，通过算法处理数据，预测网络负载情况。根据预测结果，制定相应的电源输出策略。可以通过控制电源转换器，提高或降低RRU 的供电水平，从而控制功耗。此技术的优势是可以在保证服务质量和用户体验的前提下，高效降低能耗。但因为控制功耗的准确度与算法效果和数据采样频率相关，所以实际应用中可对电源转换器进行编程，使其能够增加采样频率，以此提高输出电压指令的准确性。部署传感器，收集所需数据，开发预测算法，如建立负载模型，计算预测值，并据预测值提前设置电源调整策略，保障系统在环节出现失误时也能快速纠正[4]。

优化RRU 供电应从合理规划、深度休眠技术和动态调整功率3 个方面进行考虑。在实际操作中，还要结合特定使用环境、业务需求等因素，采取灵活多变的策略来降低RRU 的能耗。

3.3 制定日常维护策略以减少维护成本

满足供电条件的稳定性是维护的重心。检查RRU 供电电源的稳定性，包括电压、电流等参数必须在规定范围内。遵循预防为主的原则，通过定期的维护预防潜在的问题。定期清理RRU 设备，尤其是风扇和散热器，以优化设备冷却效率，避免因设备过热导致的供电故障。利用过载保护开关，保护电源系统不被电力波动或设备短路等突发情况破坏。同时，安装和使用电源管理软件系统，以便实时监测RRU运行状态，预警可能的故障，并提供数据支撑。提倡及时换新原则，提醒维护人员定期替换易损部件和设备，如电池、电源适配器等，避免因部件老化引发的供电故障。可采用故障责任制，明确各类故障的责任归属，加大对随意变更设备配置、私自拉接电缆等行为的惩罚力度。通过建立完善的日常维护制度，规范化操作，减少人为因素带来的供电故障。同时推进智慧维护，利用物联网技术，使设备之间的信息共享，对设备进行线上监测，及时发现并修复故障，提升维护效率，减少维护成本。此外，培养专业的维护人员也是节约维护成本的关键，定期开展技术培训，提升工作人员的业务能力和效率[5]。

4 结 论

在现代城市化进程中，地铁作为重要的交通工具，承担着人们出行的重要任务。而信号系统作为地铁运行的核心，其可靠性和稳定性对于保证乘客安全与提高运营效率起着至关重要的作用。通过采用备用电源系统，可以弥补供电中断或异常所带来的影响，提升RRU 供电的稳定性。此外，优化功率配置方案可以有效降低RRU 的能耗，提高能源利用效率。制定日常维护策略可以减少维护成本，提高系统的可靠性和稳定性。定期检查供电设备和线路的状态，及时发现并解决潜在问题，预防故障的发生。未来的研究可以进一步深入探索新的供电技术和能耗管理策略，并结合智能化技术，不断提升地铁信号系统的稳定性、安全性以及可靠性，为城市交通运输带来更多便利和效益。