地铁信号电源系统切换方案研究

高 志

（云南京建轨道交通投资建设有限公司，云南昆明 650020）

0 引言

为保证地铁信号电源的可靠性及稳定性，电源系统由不同来源的两路电源供电，且电源系统内部设有冗余的供电模块，转换成不同范围的电源提供给负载设备。从而使电源系统为所有信号系统设备提供实时可靠电源，满足全天不间断供电，确保信号系统设备稳定运行。

1 昆明地铁4 号线信号电源系统组成及工作原理

昆明地铁4 号线信号电源系统设备主要分布在调度控制中心、沿线轨旁、场段及试车线等设有信号系统设备的设备室内。各设备室设备类型及数量配置不同，因此各设备室电源系统容量配置也不一样。以轨旁一级集中站电源系统为例，阐述信号电源系统的组成，如图1 所示。

图1 地铁信号电源系统组成

轨旁一级集中站的信号电源系统主要由电源屏柜（A、B、C 三个屏及电源输入单元）、不间断电源（UPS）柜、稳压柜及蓄电池柜组成。两路三相电源引入至电源屏输入单元，具有自动、手动切换及转换电路故障直供的功能，两路电源切换后选择一路给UPS 和稳压器供电，稳压器设置在UPS 旁路上，可在UPS 故障自动转旁路时给信号电源屏继续提供稳压电源。UPS 输出经电源屏输入配电分配至各交、直流模块进行供电；交流电源采用变压器隔离直供的工作方式；直流模块采用N+1（N≤3）的并联工作方式；交流转辙机输入从稳压器引入，采用工频变压器隔离直供的工作方式；电源监测单元将信号电源屏、UPS、电池组及稳压器的信息通过RS485 传输到监测系统中，监控全线联网的信号电源系统信息。

2 电源系统切换在检修维护工作中的重要性

当电源系统中某一路电源或模块故障、UPS 设备故障等，系统会自动进行切换至正常设备上工作或转为旁路工作。但是信号维护人员需定期维护电源系统，以保证设备正常运行。维护时需对冗余设备进行切换试验，测试冗余设备的性能质量等。为保证电源设备的不间断供电，需人为将电源设备切换至维修旁路，从而使UPS在不带电的情况下进行检修维护作业。为保障UPS 电池的使用寿命，需定期进行放电试验，需要人为切换为电池供电。因此掌握电源系统人工切换方法及注意事项，在设备维护工作中尤其重要。

3 电源系统主要切换操作内容

在电源系统日常维护及设备故障时，需人为介入进行手动切换的操作主要有：①Ⅰ、Ⅱ路三相输入电源的切换；②冗余的交流电源模块间切换；③UPS 维修旁路与逆变器间的切换；④UPS 蓄电池充放电的切换。其中，切换频率最高也是最容易出错的是UPS 维修旁路与逆变器间的切换，故本文详细介绍该切换模式的操作程序及注意事项。

4 UPS 工作模式及切换方法

4.1 UPS 工作模式

UPS 是信号电源系统中重要的组成部分，为高可靠性的在线双变换（AC/DC/AC）交流不间断电源设备。该设备主要包含整流器、逆变器、输入隔离变压器与输出隔离变压器、静态开关、静态旁路（含断路器）、维修旁路（含断路器）等6 个重要功能组件，连接如图2 所示。UPS 常用工作模式主要有以下几种。

（1）正常运行模式。通过整流器将交流输入电源转换为直流电源，再经过逆变器转换成交流电源，由变压器根据负载需求调整为不同电压。通过隔离变压器、整流器装置及各种保护装置将交流电转换为直流电，同时消除不稳定因素、干扰电流及不稳定频率或波动电压等各种因素造成的影响。使得逆变器能够输出稳定、持续、可靠电源给负载设备。

（2）备用模式。当整流器或逆变器不能正常工作时，如整流逆变器出现短路、开启失败、温度过高、不能匹配或者负载过大不能满足需求等，此时整流器、逆变器将自动停止工作，防止设备受损。在备用电源工作正常情况下，静态开关将会自动切换至备用的电源提供给负载。

（3）后背模式。当输入电源异常或整流器不能正常工作停止运行时，由于UPS 蓄电池设备提供的直流电直接与直流设备连接，故直流系统立即将蓄电池直流电源输入至逆变器，替换整流器提供的输入电源。该系统实现无缝切换，转换过程将不会影响系统对负载供电。

（4）维修模式。设备维护人员将定期对UPS 设备进行维护或维修，为方便维护作业设置该模式。设备维护时将UPS 装置切换至维修旁路模式进行工作，该模式在切换中仍然为无缝切换。UPS 的输出不会影响负载设备的正常工作。模式切换成功后，需切断UPS 交流输入断路器、直流输入断路器及输出断路器，保证维修工作的安全，消除隐患，确保不带电作业。

图2 UPS 组成

4.2 UPS 维修旁路与逆变器间的切换操作程序

结合设备具体使用情况，对UPS 从正常运行模式切换至维修旁路模式操作程序，以及从维修旁路模式切换至正常运行模式操作程序两种情况的操作总结如下。

4.2.1 从正常运行模式切换至维修旁路模式操作程序

在UPS 日常维护工作中，经常需要在设备维护工作中保证UPS 输出正常工作不中断，应参照以下步骤进行操作。

（1）使逆变器停止工作。在UPS 设备操作界面找到双箭头键和关机键，同时按下这两个键1 s 后，逆变器将立即停止运行。此时向负载供电的模式将通过静态切换开关进行切换，由静态旁路向负载输出供电。

（2）切断直流输入断路器。

（3）切断交流输入断路器。

（4）闭合维修旁路断路器。闭合维修旁路断路器后，由于维修旁路电阻抗不高，且低于静态旁路。此时电流将经过维修旁路断路器输出而不是经过静态输入断路器。

（5）断开静态旁路的输入及输出断路器。在断开静态旁路输入及输出断路器后，UPS 输入已经完全被切断（维修旁路除外）。

（6）负载由维修旁路供电，UPS 设备无显示，5 min 后，直流总线电能将释放完毕。5 min 后可以进行维修作业。

4.2.2 从维修旁路模式切换至正常运行模式操作程序

对UPS 进行检修作业完毕后，需将UPS 恢复至正常运行模式工作，应参照以下步骤进行操作。

（1）闭合旁路输入电源静态断路器及输出电源断路器。

（2）断开维修旁路断路器。维修旁路断路器如果处于闭合状态，则逆变器不能被启动。由于旁路输入电源静态断路器处于闭合状态，当维修旁路断路器断开之后，电源将通过静态旁路输出后供给负载使用。按以上方式进行操作，保证UPS 的输出不出现瞬间断电或电压波动情况，不影响负载设备的正常使用。

（3）闭合交流输入断路器。当闭合交流输入断路器后，整流器将进入正常工作模式，当UPS 输入侧正常，内部直流总线电压开始逐渐升至额定值，开始向逆变器输出稳定直流电源。

（4）闭合直流输入断路器。

（5）启动逆变器。在UPS 设备操作界面找到双箭头键和开机键，同时按下这两个按键1 s 后，逆变器正常启动；大约4 s 后逆变器将会运行至稳定状态，准备向负载设备供电；逆变器运行稳定15 s 后，静态切换开关将会自动将UPS 输出由静态旁路输出切换至逆变器输出，此时UPS 将重新运行于正常运行模式下。

5 结束语

通过梳理电源系统中需要进行人为切换的工作，对UPS 维修旁路与逆变器间的切换操作，总结出具体切换步骤和方案，掌握切换中需注意事项，便于做好电源系统设备维护工作，避免电源系统设备维护使用手动切换时不知所措。同时当电源故障时，能熟练切换至正常设备使用，以最短时间处理好故障，不影响行车正常运营。