地铁通信信号电源系统设备维护策略

炊伟强

西安市轨道交通集团有限公司运营分公司 陕西西安 710016

1 西安地铁通信信号电源系统维护现状

西安地铁线网由1号、2号、3号、4号、5号线，6号线以及9号线（临潼线）7条线组成。

目前，西安地铁除1号线二期、2号线、4号线、5号线、6号线均使用双UPS并机模式外，1号线一期、3号线目前为单UPS模式。并计划进行双UPS改造。在单UPS模式下，市级电路（以下简称“市电”）分为两路，经防雷箱进入电源屏，通过UPS主路将带有杂波的市电进行滤波后送回电源屏，再通过电源屏中交直流模块输入负载。如果UPS主电路故障，则会跳转为与UPS相连的蓄电池组供电，蓄电池组电量放完则转入UPS静态旁路供电[1]。此时，市电会经过UPS静态旁路输入端上层的稳压器进行滤波操作，再进入UPS静态旁路送回至电源屏，通过电源屏中交直流模块输入负载。单UPS模式下通号电源系统的结构如图1所示。

图1 单UPS模式下的通号电源系统结构

与单UPS模式不同的是，双UPS并机模式取消了稳压器，提高了设备的可靠性。2台UPS平时各带50%的负载。当1台UPS发生故障时，故障UPS将自动退岀（即没有输出），由另1台UPS承担全部负载。双UPS并机模式下通号电源系统的结构如图2所示。

通过对通号电源系统故障数据的比对分析发现，在电源系统中UPS和蓄电池故障的占比较大，UPS设备的故障率最高。UPS在线使用数量最多，占UPS总数的69%，故障率为13.4%；部分品牌的UPS由于积灰造成短路宕机，并导致严重故障频发，对正线运营影响很大。蓄电池常见的故障有鼓包、漏液及内部电阻过大等。

图2 双UPS并机模式下的通号电源系统结构

2 西安地铁通号电源系统维保的内容及技术管理

2.1 维保内容及周期

目前，西安地铁的电源系统检修规程中已对通号电源系统的维护与保养按专业分别做了具体定义。

（1）每日巡视工作。主要包括:检查设备的外部状态，以及接线端子与蓄电池框架紧固情况，检查标识标贴缺失情况，检查指示灯、报警信息状态以及电路、防雷情况。

（2）二级保养作业。每个季度实施一次，主要包括防雷箱及电源屏两路切换测试、蓄电池充放电前后电压测试、蓄电池内部电阻测试、各设备接线等紧固操作，以及电源屏、UPS除尘作业。

（3）小修作业。每年实施一次，主要包括防雷箱及电源屏两路切换测试、各设备旁路及冗余测试，地线、绝缘和内阻测试。

2.2 相关电源设备技术对比分析

2.2.1 工频UPS机与高频UPS机的对比

从结构上讲，工频UPS采用可控硅整流器，具有稳定、可靠、耐用、抗冲击能力强等特点；高频UPS的整流器采用IGBT（绝缘栅双极型晶体管）进行整流或升压。由于IGBT本身的特点限制，使得高频UPS的耐用性、可靠性、抗冲击能力大大低于工频UPS。工频UPS逆变器和高频UPS逆变器的差异主要表现在隔离变压器上。隔离变压器可消除3次谐波、滤除负载端谐波，同时可有效增强过载短路的保护能力，带载能力强，能隔离保护安全负载。工频UPS使用了隔离变压器，在很大程度上提升了UPS输出的可靠性和电源质量。但从价格上看，工频UPS的价格要高于高频UPS的价格[2]。

从可靠性和稳定性的角度考虑，在通号专业电源系统UPS选型上，工频UPS应当是首选。

2.2.2 胶体蓄电池与铅酸蓄电池的对比

目前西安地铁均采用胶体蓄电池。胶体铅酸蓄电池使用性能稳定、可靠性高、使用寿命长、对环境温度的适应能力强，并且有良好的承受长时间放电能力、循环放电能力、深度放电及大电流放电能力，以及过充电、过放电的自我保护功能等优点。

2.2.3 电源屏、UPS、稳压柜、蓄电池的容量要求

电源屏、UPS、稳压柜的容量一般由设备负载决定，一般情况下其容量等于是负载功率除以0.7；同一设备房的电源屏、UPS和稳压柜的容量应一致。

蓄电池的容量可根据设备负载及后备时间计算得岀，一般信号专业设备的后备时间不应少于30min，通信专业设备的后备时间不应少于120min。

2.3 现阶段的通号电源设备整改措施

启动完成2号线所有通号专业电源系统开展了双UPS改造，以电源电源系统满足稳定、可靠的工作要求。

2.4 提升通号专业的电源维保水平

目前，西安地铁通号专业电源设备的深度维保工作依然由厂家实施，运营管理方的电源系统检修目前是由通信、信号专业班组进行开展，班组暂不具备深度维保的资质和能力。随着检修人员业务技能不断提升，通信、信号各个班组必将在通号专业电源系统设备领域承担更多的责任，以提升通号电源系统设备维护保养的综合能力。

2.4.1 通号电源检修方式及发展规划

结合制定的高质量发展规划，西安地铁将培养并逐步提升现场电源系统检修人员深度保养技能水平，同时可以考虑组建电源检修团队。这些人员主要用于研究UPS的深度维保。

2.4.2 中远期维护工作开展目标及措施

现阶段，西安地铁通号现场班组负责设备的日常巡检、二级保养、小修和深度维保的维护工作。目前已建立了规范的电源设备检修规程，整合了电源设备技术标准、故障处理流程和应急抢修预案，并在维保工作中不断地完善和优化各类规程、标准、预案。

2.5 优化通号核心设备电源接线方案

对通号专业电源系统故障深入分析后发现，某些线路通号系统设备正常运行时，若UPS发生短路故障，UPS设备上主路与旁路的输入空开会被冲断，电源屏UPS输入空开不会被冲断。但是，在UPS短路故障后如果发生UPS上主路与旁路的输入空开和电源屏上UPS输入空开均被冲断的情况，则会导致负载全部失电，从而扩大了故障的影响程度。为了避免UPS上主路与旁路的输入空开以及电源屏上UPS的输入空开均被冲断，保证负载的可持续供电，本文提出2种电源接线优化方案。

2.5.1 单UPS模式下接线优化方案

以西安地铁3号线、1号线一期为例，该线目前为单UPS模式，电源屏与UPS主路与旁路的输入端之间仅有一个输入空开，如图3所示。为避免UPS短路宕机冲断此空开造成负载失电，保证UPS维修旁路可正常供电，拟在稳压器的输入端及输出端各增加一个空开，如图4所示。此优化方案可保证当UPS短路宕机冲断电源屏上UPS输入空开时，稳压器仍有市电输入并滤波，可通过UPS维修旁路送电至负载，从而避免负载失电的情况发生[3]。

图3 单UPS模式下原有的电源输入输出方案

2.5.2 对称式双母线接线结构

对称式双母线结构为2路外电经过电源屏双Y型切换单元切换后，分别送至2台UPS。2台UPS在电源屏分别设置2条独立的输出母线。正常工作情况下，2台UPS对除转辙机以外的其余负载进行均分，当其中1台UPS故障关闭时，不影响另1台UPS的正常工作。此时，正常运行的UPS将承担全部负载（转辙机供电若在故障UPS，则需手动切换至正常UPS）。

每台UPS在电源屏的UPS主路输入、UPS旁路输入和UPS输岀分别设置了3个独立的断路器。每台UPS分别单独设置了外部维修旁路，并设置有维修断路器。每台UPS的输出断路器和外部维修断路器机械互锁。

对称式双母线结构为双机UPS+双母线，2台UPS完全独立，互不影响，提高了供电系统的可靠性；每台UPS设置了3个断路器，可以有效隔离故障UPS；每台UPS都设独立的外部维修旁路，系统可以在不断电情况下对故障UPS进行维修或者更换；对于双电源负载，2路输入电源直接接自2条母线，对于单电源负载通过电源模块并联后输出，若有短路电流发生，其影响范围较小。

图4 单UPS模式下电源输入输出的优化方案

3 结语

本文通过对西安地铁通号专业电源系统设备进行归类统计、历年故障分析，以及维护修程制定后执行情况和维保效果分析，对地铁信号电源系统的维护管理进行了研究，阐述了现阶段通号电源设备整改的思路及措施。为提高后续新建城市轨道交通线路通号电源系统的可靠性，制定了单UPS和双UPS两种模式下电源系统的接线方案。