地铁通信电源系统的安全控制

【摘要】本文针对地铁电源系统，介绍了地铁电源系统的系统构成、功能和工作原理，重点分析其电源监控系统性能，指出地铁电源系统的智能化方向。

【关键词】地铁；电源系统；安全控制

中图分类号： X913.3 文献标识码： A 文章编号：

一、前言

一个安全可靠的通信电源及接地系统是为了保证地铁各通信系统正常工作必不可少的。通信电源系统应安全、可靠地向各通信设备不间断地供电。

二、安全控制的意义

地铁通信电源承担车站、控制中心通信设备的供电,是通信系统的根本保障。如果电源系统发生供电中断,造成的后果几乎是灾难性的。电源的其他问题(如干扰、浪涌、尖峰电流、电压与频率波动、雷击等)也是通信设备的头号杀手,轻则重要数据丢失,重则整个系统瘫痪。因此,为确保地铁通信安全畅通,必须对地铁通信电源系统进行安全控制。地铁运营部门对通信电源的维护,从要求上讲,就是预想可能出现的故障点,防患于未然,预先采取必要的措施,将故障点消除于萌芽状态。因此,必先了解设备的性能,找出可能出现的故障点,制定相应的安全防护措施,从而进行有效的控制。

地铁通信系统组成

通信系统是由传输系统、无线通信系统、公务和专用电话系统、广播和闭路电视监控系统、时钟与同步系统、电源及接地系统、防灾报警系统、环境与监控系统、自动售票系统、办公自动化系统、列车运行控制系统、乘客信息系统等很多子系统组成。不同城市的地铁规划发展不一样，通信系统的实际情况也不一样。

电源系统组成

地铁通信电源系统有交流供电和直流供电2种供电方式。

（一）交流供电方式

系统主要由交流配电柜、不间断电源设备、蓄电池等组成。引入交流配电柜的两路独立的三相五线制交流电源,一路为主用,另一路为备用,当主用的一路发生故障时能自动倒换至备用回路上。交流电源由交流配电柜的两路电源切换盘引入后接进不间断电源设备,不间断电源设备交流输出至配电柜,在交流配电柜的配电盘内安装多路空气开关(一般为十几路),以满足各通信系统的需求及日后系统扩充需要。当停电时,不间断电源设备则通过配备的一组蓄电池经逆变器向负载连续供电。

（二）直流供电方式

需用直流供电方式的通信设备,采用直流高频开关电源与蓄电池并联浮充的方式供电。直流高频开关电源的交流电源由交流配电屏引入,输出可靠的-48V直流电源至相关的通信设备。正常供电时,整流器一方面给通信设备供电,另一方面又给蓄电池充电;当停电时,直流高频开关电源则通过配备的蓄电池组。

（三）组成方式

由于目前地铁车站各通信子系统的设备大多以交流供电为主,各车站仅少数设备需直流供电,且直流用电量较小,若车站再设直流供电,各站都需增加一套高频开关电源与-48V蓄电池组。因此,从经济合理性考虑,各车站一般不设直流供电,由交流不间断电源设备向各通信设备供电。对少数需直流供电的通信设备,可采用设备厂家机柜内自带整流器的方式解决。对于控制中心或个别直流用电量较大的站(场),若采用设备厂家机柜内自带整流器的方式,从可靠性、合理性上考虑不太适宜,一般宜采用交、直流2种电源供电方式。采用交流供电的通信设备,由交流不间断电源设备向负载供电;采用直流供电的通信设备,由直流高频开关电源与蓄电池并联浮充的方式供电。

铁路通信电源系统的可靠性

可靠性是现代通信系统的一个重要性能,铁路通信电源分系统的可靠性是影响整个通信系统可靠性的极重要的因素,因为电源系统的故障会从根本上导致整个通信系统的故障。电源系统可靠性指标过分降低,会影响整个系统的性能。据美国统计,在计算机系统的故障中,由电源故障导致的系统故障占总故障数的70%,据我国邮电部1979一1982年的统计,电源故障分别占系统故障的38.1%、40.6%、43.2%和40.3%。可靠性指标的合理选择,还可以避免过大的投资,使系统的设计方案技术先进、经济合理。

通信电源安全控制对外界的要求

通信电源系统对环境有明确的要求,如设备应保持通风良好,避免安装在过热或过湿的环境中;避免阳光直射、避免水气或雾气及粉尘的侵入,设备的后面板及侧板应与墙壁或相邻设备之间保持10 cm以上的距离;同时,切勿用物品遮盖前面板的进风口,以免阻碍风机排气的通畅性,造成设备的内部温度升高,影响使用寿命。通信设备的温度要求是:运行温度从-5℃~40℃,储藏温度从-20℃~+45℃。尤其是VRLA蓄电池,一般是按标准环境温度25℃设计的,其理想的工作范围是21℃~27℃。当工作于较低温度时,VRLA蓄电池的放电容量达不到其额定容量,备用放电时间减少;当工作于较高的温度时,VRLA蓄电池寿命将会缩短,且容易发生热失控。VRLA蓄电池工作的机房环境温度比25℃高10℃时,其寿命将减少50%。

七、电源各子系统的组成及安全控制点

地铁通信电源系统由交流配电屏、UPS、高频开关电源、蓄电池组、电源监控、机房环境监控等子系统构成,每个组成点也许都是个故障点和救援点，做好每个点的安全控制,也就做好了整个电源系统的安全控制。要做到这一点,就要有一套科学、有效的检修规程,牢牢把握好安全控制的三要素,即人员、工具、设备。 下面主要从各子系统设备的安全角度分析,结合某些实例,探讨如何进行安全控制。

1.交流配电切换屏

交流配电切换屏由电源切换设备、交流输入/输出配电单元等组成。主要的安全控制点是配电屏的切换,即当交流电中断或交流电压异常时(过压、欠压、缺相等),交流配电屏能自动切换并发出相应的告警信号。某地铁原采用的切换设备,当输入交流电倒换时,常切换失败,维护人员必须赶到现场进行人工切换。经分析,失败的原因是原切换设备采用机械行程装置切换,其动力电源取自输出交流电,一旦两路交流电切换频繁,切换开关常停到空闲段,造成交流供电失败。为此,进行技术改造,采用智能交流控制器加接触器方式控制切换,两路交流电通过互锁电路,确保了配电屏的正常切换。

2.UPS

地铁通信电源一般采用静止型在线式UPS,它由整流器、逆变器、

静态开关、自动/手动旁路开关和监控模块组成。UPS的安全控制包括对电压涌动的抑制、低压提升和蓄电池寿命保护等。UPS的可靠性与蓄电池是密切相关的, UPS故障40%以上是由蓄电池的故障直接或间接造成的;一旦蓄电池失效, UPS的主要功能就不复存在。在日常维护中,对UPS一定要检测的项目有充电和放电电流的监测与控制功能电池过放电的自动保护功能;»深度放电保护功能;¼避免误操作的三位电池开关检测。此外需注意的是,有的国外生产的UPS输出频率为50/60Hz两种选择,一旦选择错误,会对后续设备造成很大的损害。

3.直流高频开关电源

直流高频开关电源由整流模块、监控模块、直流配电单元等组成。同UPS电源一样,直流高频开关电源有自己的蓄电池组,以确保交流电出现故障时,蓄电池能提供一定时间的能量。开关电源的安全控制部件为整流模块和蓄电池组,为提高开关电源的可靠性,整流模块均采用N+1备份。直流高频开关电源蓄电池组的维护控制与UPS类似,无需再述。

4.阀控式全密封免维护铅酸蓄电池

目前,地铁通信基本采用此种设备，根据已了解到的电源设备事故分析,蓄电池事故占70%,高压切换事故占20%,高频开关电源事故占10%。一般密闭电池都设有安全阀和防酸片,自动调节蓄电池内压,防酸片具有阻液和防爆功能,其安全点就在于保证蓄电池容量及寿命。

5.电源网管

UPS、高频开关电源、交流配电切换屏均配有自身监控系统,通过传输网络进行车站、中心通信,其组成是子系统的监控软件、通信接口、网管计算机等。以UPS电源系统网管为例,它能在控制中心集中监控全线各站UPS电源设备的交流部件、整流部件、直流部件、逆变部件、免维护电池充放电参数、机房环境(温、湿度)等,进行全面有效的监视测量,对可能出现的故障进行及时预报,对已出现的故障采取有冗余处理措施,在运行过程中有完整的记录以备查询,可帮助用户预防各种故障,避免事故的发生。网管系统的安全检查点主要是对线路进行观测,如设备上的接口,MDF、DDF上的连接等。决不允许网管电脑上网游戏,以免病毒攻击或资源侵占引起系统故障。

6.环境监控

由于通信电源室均无人值守,有些城市地铁为了方便管理,将轨道监控上电源和环境监控结合起来,设置车站(场)环境监控系统,由控制中心对各车站、车场通信房屋实施集中监控。主要对低压配电柜、UPS输出的各项参数,机房的空调,温度、湿度、水浸、门禁、非法入侵等进行监控。

七、结束语

地铁电源系统在安全可靠性的基础上，正在向自动化、智能化方向发展，由于融入了智能特性，能快速实现各种业务的故障定位和排除，进一步保证地铁通信系统运营的可实施性。

参考文献

[1]肖丽华 地铁线路通信不间断电源子系统设计[J] 电工技术 2007

[2]汪元辉安全系统工程[M] 天津:天津大学出版社 2009.

[3]张育萍 城市轨道交通中通信系统传输技术比较与分析[J]现代城市轨道交通 2009

[4]骆志勇直流操作电源系统及应用《都 市 快 轨 交通》2005

[5]张萍,赵阳铁路车站计算机联锁控制系统的可靠性和安全性分析[J] 《中国安全科学学报》2003