地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)可靠性研究

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　中文題目：地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)可靠性研究</p><p>　　學(xué)習(xí)中心（函授站）：奧鵬遠(yuǎn)程教育蕪湖學(xué)習(xí)中心 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： 15697290 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　北京交通大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院</p><p><b>　　2024年12月</b></p><p>　

3、　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）承諾書(shū)與版權(quán)使用授權(quán)書(shū)</p><p>　　本人所呈交的畢業(yè)論文是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立研究、寫(xiě)作的成果。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得北京交通大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。</p><p>　　本畢業(yè)論文是本人

4、在讀期間所完成的學(xué)業(yè)的組成部分，同意學(xué)校將本論文的部分或全部?jī)?nèi)容編入有關(guān)書(shū)籍、數(shù)據(jù)庫(kù)保存，并向有關(guān)學(xué)術(shù)部門(mén)和國(guó)家相關(guān)教育主管部門(mén)呈交復(fù)印件、電子文檔，允許采用復(fù)制、印刷等方式將論文文本提供給讀者查閱和借閱。</p><p>　　論文作者簽名：____ ______ ______年_______月______日</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名：_____

5、 _______ _______年_______月______日</p><p><b>　　北京交通大學(xué)</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)議</p><p><b>　　北京交通大學(xué)</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)</p>

6、<p>　　本任務(wù)書(shū)下達(dá)給： 15 級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè) 學(xué)生： </p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）題目：地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)可靠性研究</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基本內(nèi)容</p><p>　　1、合肥地鐵1號(hào)線信號(hào)設(shè)備電源概述；</p><p>　　2、合肥地鐵1號(hào)線信號(hào)電源結(jié)構(gòu)與原理

7、；</p><p>　　3、合肥地鐵1號(hào)線信號(hào)電源系統(tǒng)故障和運(yùn)行狀態(tài)分析；</p><p>　　4、合肥地鐵1號(hào)線信號(hào)電源系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)</p><p><b>　　5、 結(jié)論；</b></p><p><b>　　二、基本要求</b></p><p><b>　

8、　符合現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范；</b></p><p>　　排版嚴(yán)格按照要求（見(jiàn)模版）進(jìn)行，章節(jié)，標(biāo)題，目錄，嚴(yán)格按要求（見(jiàn)模版）進(jìn)行；</p><p>　　格式（字形，字體，段落，行間距，頁(yè)眉，頁(yè)腳）嚴(yán)格按要求（見(jiàn)模版）；</p><p>　　公式，圖，表，按學(xué)校規(guī)范要求；</p><p>　　參考文獻(xiàn)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與學(xué)校要求；</p&

9、gt;<p>　　觀點(diǎn)正確，論點(diǎn)明確，論述充分，文章結(jié)構(gòu)合理，條理清晰，因果聯(lián)系密切，推理符合邏輯。</p><p><b>　　三、重點(diǎn)研究的問(wèn)題</b></p><p>　　1. 合肥地鐵1號(hào)線信號(hào)（電務(wù)）設(shè)備運(yùn)行與故障分析；</p><p>　　2. 合肥地鐵1號(hào)線信號(hào)設(shè)備的結(jié)構(gòu)與工作原理；</p><p

10、><b>　　四、主要技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　　1. 正文字?jǐn)?shù)至少控制在12000字以上。</p><p>　　2. 分若干章，一般5章左右（見(jiàn)論文要求）；</p><p>　　3. 重點(diǎn)信號(hào)設(shè)備電源的結(jié)構(gòu)和工作原理；</p><p>　　4. 電源系統(tǒng)的可靠性描述；</p><

11、;p>　　5. 提高電源設(shè)備可靠性的方法；</p><p>　　五、其他要說(shuō)明的問(wèn)題</p><p>　　注意時(shí)間節(jié)點(diǎn)。按時(shí)完成。</p><p>　　下達(dá)任務(wù)日期： 2017年 7 月 14 日</p><p>　　要求完成日期： 年 月 日</p><p><b>　　指導(dǎo)教

12、師：</b></p><p><b>　　開(kāi) 題 報(bào) 告</b></p><p>　　題目：地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)可靠性研究</p><p>　　學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 15697290 2016年 06月24日</p><p><b>　　一、文獻(xiàn)綜述&l

13、t;/b></p><p>　　城市軌道交通作為城市內(nèi)部居民出行和通勤的一種大運(yùn)量、快速、便捷的交通工具，近年來(lái)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展之勢(shì)。軌道交通是一個(gè)復(fù)雜的行業(yè)分支，其中包括隧道、橋梁、建筑、結(jié)構(gòu)、通信、信號(hào)等數(shù)十個(gè)專(zhuān)業(yè)。城市軌道交通中的信號(hào)系統(tǒng)是保證列車(chē)運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)行車(chē)指揮和列車(chē)運(yùn)行現(xiàn)代化，提高運(yùn)輸效率的關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備，在運(yùn)營(yíng)重要性和安全等級(jí)上，信號(hào)系統(tǒng)遠(yuǎn)高于其他弱電系統(tǒng)，因此其電源系統(tǒng)必須為信號(hào)設(shè)備提供優(yōu)質(zhì)、

14、穩(wěn)定且強(qiáng)大的供電保障，以保證信號(hào)系統(tǒng)安全穩(wěn)定地持續(xù)運(yùn)行。從信號(hào)電源系統(tǒng)的發(fā)展歷史、城市軌道交通信號(hào)UPS的功能、城市軌道交通信號(hào)電源安全架構(gòu)、城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)供電配線等方面可以了解到信號(hào)電源系統(tǒng)的發(fā)展、原理及其重要性，對(duì)于現(xiàn)有信號(hào)系統(tǒng)常用的供電方案及配線方式的分析了解，我們從中得到信號(hào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和線路的安全運(yùn)營(yíng)的供電基礎(chǔ)。</p><p>　　城市軌道交通作為城市內(nèi)部居民出行和通勤的一種大運(yùn)量、快速、便捷

15、的交通工具，近年來(lái)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展之勢(shì)。城市軌道交通系統(tǒng)一般包括“地鐵“和“輕軌“兩類(lèi)，大多數(shù)的城市軌道交通系統(tǒng)都建造于地底之下，故稱(chēng)為“地鐵“；在國(guó)內(nèi)，修建于地上或高架橋上的城市軌道交通系統(tǒng)通常被稱(chēng)為“輕軌“。軌道交通是一個(gè)復(fù)雜的行業(yè)分支，其中包括隧道、橋梁、建筑、結(jié)構(gòu)、通信、信號(hào)等等數(shù)十個(gè)專(zhuān)業(yè)。</p><p>　　20世紀(jì)60年代后期，電源屏是信號(hào)電氣集中聯(lián)鎖的唯一供電裝置。信號(hào)電源屏是電氣集中、自動(dòng)閉塞、駝峰

16、信號(hào)沒(méi)備等的供電裝置，它將變壓器、穩(wěn)壓器、整流器等組合起來(lái)，以簡(jiǎn)化施工和維修。它滿足信號(hào)系統(tǒng)所需的可靠、穩(wěn)定、安全三大基本要求，供給信號(hào)設(shè)備所需的各種電源、電源屏技術(shù)兒經(jīng)改進(jìn)，逐漸完善，不斷發(fā)展。隨著汁算機(jī)聯(lián)鎖的發(fā)展，為滿足計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖對(duì)電源的較高要求而設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖電源屏，它的電路結(jié)構(gòu)基本上與繼電集中聯(lián)鎖用電源屏相同，只是增加了汁算機(jī)所用電源。</p><p>　　進(jìn)入2l世紀(jì)，鐵路信號(hào)設(shè)備加快了現(xiàn)代化發(fā)展的步伐

17、，而采用傳統(tǒng)工頻技術(shù)的信號(hào)電源屏就明顯不能適應(yīng)發(fā)展的需要，主要體現(xiàn)在供電系統(tǒng)日見(jiàn)龐大，可靠性不夠高，智能化程度低。2000年智能電源屏問(wèn)世了，這是信號(hào)電源技術(shù)的重大進(jìn)步。智能電源屏采用微型汁算機(jī)技術(shù)，完成對(duì)電源系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并可遠(yuǎn)程監(jiān)控；引入高頻電力電子技術(shù)，對(duì)各種輸入、輸出單元和交、直流電源進(jìn)行模塊化，提高了供電質(zhì)量和可靠性，實(shí)現(xiàn)了無(wú)維修化。</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)設(shè)備在鐵路領(lǐng)域普及和應(yīng)用，許多重要用

18、電沒(méi)備對(duì)供電質(zhì)量提出了更高的要求，需要不問(wèn)斷供電，而且要求電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、波形無(wú)畸變。于是UPS隨之進(jìn)入了鐵路信號(hào)供電系統(tǒng)，與電源屏一并承擔(dān)起了信號(hào)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)設(shè)備供電的重任。UPS是一種含有儲(chǔ)能裝置（蓄電池），以整流器、逆變器為主要組成部分的穩(wěn)壓穩(wěn)頻的現(xiàn)代化電源裝置。其主要有兩路電源無(wú)間斷切換、隔離干擾、電壓變換、頻率變換和后備等功能。UPS中的蓄電池儲(chǔ)存有一定能量，當(dāng)外電網(wǎng)供電中斷時(shí)，蓄電池能通過(guò)逆變器繼續(xù)供電。城市軌道交通與國(guó)

19、鐵系統(tǒng)相伴發(fā)展，很多方面都沿用了國(guó)鐵的技術(shù)，并在很多方面進(jìn)行了大膽嘗試、技術(shù)創(chuàng)新和突破，其中城市軌道交通的信號(hào)電源系統(tǒng)就是如此。</p><p>　　本文通過(guò)對(duì)地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行分析研究，結(jié)合合肥地鐵1號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)電源系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的基本情況，研究電源系統(tǒng)故障以及運(yùn)行狀態(tài)，找出電源系統(tǒng)故障應(yīng)對(duì)辦法，通過(guò)對(duì)電源系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的分析，提出保障電源系統(tǒng)可靠性的措施，這是當(dāng)前城市軌道交通發(fā)展的重要工作之一，

20、對(duì)提升地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)可靠性具有實(shí)際參考價(jià)值。</p><p>　　二、選題的目的和意義</p><p>　　城市軌道交通中的信號(hào)系統(tǒng)是保障列車(chē)運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)行車(chē)指揮和列車(chē)運(yùn)行現(xiàn)代化，提高運(yùn)輸效率的關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備，在運(yùn)營(yíng)重要性和安全等級(jí)上，信號(hào)系統(tǒng)遠(yuǎn)高于其他弱電系統(tǒng)，因此其電源系統(tǒng)必須為信號(hào)設(shè)備提供優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定且強(qiáng)大的供電保障，以保證信號(hào)系統(tǒng)安全穩(wěn)定地持續(xù)運(yùn)行。</p><

21、p>　　三、研究方案（框架）</p><p><b>　?。ㄒ唬┭芯糠桨?lt;/b></p><p>　　1.研究所用的理論基礎(chǔ)：地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)組成及原理；電源系統(tǒng)可靠性指標(biāo)。</p><p>　　2.研究方法：文獻(xiàn)查詢(xún)法；理論研究法；實(shí)證研究法。</p><p>　　3.研究步驟：首先查閱地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的

22、相關(guān)文獻(xiàn)；地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)組成及原理、電源可靠性指標(biāo)理論研究；合肥地鐵1號(hào)線信號(hào)設(shè)備電源故障及運(yùn)行狀態(tài)調(diào)研；可靠性指標(biāo)分析及可靠性保障措施研究。</p><p>　　4.預(yù)期成果：掌握合肥地鐵1號(hào)線信號(hào)電源故障情況；確定合肥地鐵1號(hào)線信號(hào)電源可靠性指標(biāo)及保障措施。</p><p><b>　?。ǘ┭芯靠蚣?lt;/b></p><p><b&

23、gt;　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 選題背景</p><p>　　1.2 選題的目的與意義</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀</p><p&g

24、t;　　1.4 研究?jī)?nèi)容</p><p>　　2 合肥地鐵1號(hào)線信號(hào)設(shè)備電源概述</p><p>　　2.1 電源系統(tǒng)概述及工作原理</p><p>　　2.2.1 電源系統(tǒng)概述</p><p>　　2.2.2 工作原理</p><p>　　2.2 地鐵信號(hào)UPS功能</p>&l

25、t;p>　　2.3 電源工作方式</p><p>　　2.3.1 后備式</p><p>　　2.3.2 互動(dòng)式</p><p>　　2.3.3 雙變換式</p><p>　　3 信號(hào)電源系統(tǒng)故障和運(yùn)行可靠性分析</p><p>　　3.1 信號(hào)電源系統(tǒng)故障</p><

26、p>　　3.1.1 引入電源故障</p><p>　　3.1.2 UPS故障</p><p>　　3.1.3 電源模塊故障</p><p>　　3.1.4 電源分路故障</p><p>　　3.2 電源系統(tǒng)運(yùn)行可靠性分析</p><p>　　3.2.1 系統(tǒng)配電</p>&l

27、t;p>　　3.2.2 電源系統(tǒng)可靠性要求分析</p><p>　　3.2.3 電源可靠性?xún)?nèi)容</p><p>　　3.3 電源系統(tǒng)故障應(yīng)對(duì)辦法</p><p>　　3.3.1 增設(shè)電源視頻監(jiān)控</p><p>　　3.3.2 建立電源應(yīng)急機(jī)制</p><p>　　3.3.3 信號(hào)維保人員對(duì)

28、調(diào)度的輔助</p><p>　　4 信號(hào)電源系統(tǒng)的可靠性保證措施研究</p><p>　　4.1 可靠性保障措施</p><p>　　4. 1.1 加強(qiáng)維修培訓(xùn)和實(shí)際操作</p><p>　　4. 1.2 完善日常監(jiān)測(cè)手段</p><p>　　4. 1.3 提高外網(wǎng)供電可靠性</p>

29、<p>　　4.2故障診斷及處理</p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p><b>　　四、進(jìn)度計(jì)劃</b></p><p>　　2017年6月18日前：確定題目，搜集相關(guān)材料，查閱有關(guān)書(shū)籍。</p><p>　　6月27日前：分析題目，確定論文提綱和研究方案，

30、編寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，并在7月16日前按照指導(dǎo)教師的意見(jiàn)修改合格，提交到平臺(tái)。</p><p>　　7月30日前：在對(duì)文獻(xiàn)認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，論題進(jìn)行深入的研究和論述，提交中期報(bào)告。</p><p>　　8月23日前：對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行匯總、分析，提出切實(shí)可行的解決對(duì)策，征求指導(dǎo)教師及現(xiàn)場(chǎng)工作人員意見(jiàn)，并認(rèn)真完成論文初稿。請(qǐng)指導(dǎo)教師審閱。</p><p>　　10月11日前：修改

31、論文，提交完整格式論文。</p><p><b>　　五、指導(dǎo)教師意見(jiàn)</b></p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　中 期 報(bào) 告</b></p><p>

32、;　　題目：地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)可靠性研究</p><p>　　學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 15697290 </p><p><b>　　一、進(jìn)展情況</b></p><p>　?。?）本文首先查閱地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的相關(guān)文獻(xiàn)，調(diào)查研究了地鐵1好像信號(hào)設(shè)備電源故障及運(yùn)行狀態(tài)，完成了前期的開(kāi)題工作；&

33、lt;/p><p>　?。?）通過(guò)研究地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)相關(guān)基礎(chǔ)理論，研究了地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)組成及原理、電源可靠性指標(biāo)理論；</p><p>　?。?）完成了對(duì)合肥地鐵1號(hào)線信號(hào)設(shè)備電源故障研究，包括引入電源故障、UPS故障、電源模塊故障及電源分路故障；</p><p>　　（4）通過(guò)對(duì)各種故障進(jìn)行分析，開(kāi)始研究合肥地鐵1號(hào)線信號(hào)電源系統(tǒng)故障應(yīng)對(duì)辦法，主要從增設(shè)電源視頻監(jiān)

34、控、建立電源應(yīng)急機(jī)制以及信號(hào)維保人員對(duì)調(diào)度的輔助三個(gè)方面著手。</p><p><b>　　二、指導(dǎo)教師意見(jiàn)</b></p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　結(jié) 題 驗(yàn) 收</b>&

35、lt;/p><p><b>　　一、完成日期</b></p><p><b>　　二、完成質(zhì)量</b></p><p><b>　　三、存在問(wèn)題</b></p><p><b>　　四、結(jié)論</b></p><p>　　指導(dǎo)教師：

36、 </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　中文摘要</b></p><p>　　摘要：城市軌道交通的信號(hào)系統(tǒng)是保證廣大乘客人身安全的重要系統(tǒng)。保證供電的安全性，則是重中之重電源設(shè)備的安裝、調(diào)試的工作質(zhì)量，對(duì)未來(lái)的使用和維護(hù)有非常大的影響的影響。本文通過(guò)對(duì)地鐵信號(hào)電

37、源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行分析研究，結(jié)合合肥地鐵1號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)電源系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的基本情況，研究電源系統(tǒng)故障以及可靠性，重點(diǎn)研究了系統(tǒng)配電方式可靠性、電源系統(tǒng)可靠性要求、可靠性?xún)?nèi)容，找出電源系統(tǒng)故障應(yīng)對(duì)辦法，，主要包括外網(wǎng)供電的可靠性、完善日常監(jiān)測(cè)手段，增設(shè)電源視頻監(jiān)控等相關(guān)措施，通過(guò)對(duì)電源系統(tǒng)可靠性分析，提出保障電源系統(tǒng)故障診斷及處理辦法，這是當(dāng)前城市軌道交通發(fā)展的重要工作之一，對(duì)提升地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)可靠性具有實(shí)際參考價(jià)值。</p&

38、gt;<p>　　關(guān)鍵詞：信號(hào)系統(tǒng)；電源系統(tǒng)；可靠性</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Title： Study on Reliability of Metro Signal Power Supply System</p><p>　　ABSTRACT：The signal system o

39、f urban rail transit is an important system to ensure the safety of passengers. Ensure the safety of power supply, is the most important, the installation of power equipment, debugging quality of work, the future use and

40、 maintenance of a very big impact. Based on the analysis of the structure and working principle of the subway signal power system, combined with the basic situation of signal system in Hefei Metro Line 1 power system tec

41、hnology, research on power syste</p><p>　　Key words:。</p><p>　　KEYWORDS：Signal system； Power supply System； Reliability</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　

42、　中文摘要i</b></p><p>　　ABSTRACTii</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 選題背景1</p><p>　　1.2 選題的目的與意義1</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p>

43、<p>　　1.3.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.4 研究?jī)?nèi)容3</p><p>　　2 合肥地鐵1號(hào)線信號(hào)設(shè)備電源概述5</p><p>　　2.1 電源系統(tǒng)概述及工作原理5</p><p>　　2.2.1 電源系統(tǒng)概述

44、5</p><p>　　2.2.2 工作原理6</p><p>　　2.2 地鐵信號(hào)UPS功能8</p><p>　　2.3 電源工作方式10</p><p>　　2.3.1 后備式10</p><p>　　2.3.2 互動(dòng)式10</p><p>　　2.3.3 雙變換式

45、11</p><p>　　3 信號(hào)電源系統(tǒng)故障和運(yùn)行可靠性分析12</p><p>　　3.1 信號(hào)電源系統(tǒng)故障12</p><p>　　3.1.1 引入電源故障12</p><p>　　3.1.2 UPS故障12</p><p>　　3.1.3 電源模塊故障13</p><p&

46、gt;　　3.1.4 電源分路故障13</p><p>　　3.2 電源系統(tǒng)運(yùn)行可靠性分析13</p><p>　　3.2.1 系統(tǒng)配電13</p><p>　　3.2.2 電源系統(tǒng)可靠性要求分析16</p><p>　　3.2.3 電源可靠性?xún)?nèi)容18</p><p>　　3.3 電源系統(tǒng)故障應(yīng)對(duì)

47、辦法19</p><p>　　3.3.1 增設(shè)電源視頻監(jiān)控19</p><p>　　3.3.2 建立電源應(yīng)急機(jī)制19</p><p>　　3.3.3 信號(hào)維保人員對(duì)調(diào)度的輔助19</p><p>　　4 信號(hào)電源系統(tǒng)的可靠性保證措施研究20</p><p>　　4.1 可靠性保障措施20</

48、p><p>　　4. 1.1 加強(qiáng)維修培訓(xùn)和實(shí)際操作20</p><p>　　4. 1.2 完善日常監(jiān)測(cè)手段20</p><p>　　4. 1.3 提高外網(wǎng)供電可靠性20</p><p>　　4.2故障診斷及處理22</p><p><b>　　5 結(jié)論25</b></p>

49、;<p><b>　　參考文獻(xiàn)26</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 選題背景</b></p><p>　　城市軌道交通作為城市內(nèi)部居民出行和通勤的一種大運(yùn)量、快速、便捷的交通工具，近年來(lái)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展之勢(shì)。軌道交通是一個(gè)復(fù)雜的

50、行業(yè)分支，其中包括隧道、橋梁、建筑、結(jié)構(gòu)、通信、信號(hào)等數(shù)十個(gè)專(zhuān)業(yè)[1]。城市軌道交通中的信號(hào)系統(tǒng)是保證列車(chē)運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)行車(chē)指揮和列車(chē)運(yùn)行現(xiàn)代化，提高運(yùn)輸效率的關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備，在運(yùn)營(yíng)重要性和安全等級(jí)上，信號(hào)系統(tǒng)遠(yuǎn)高于其他弱電系統(tǒng)，因此其電源系統(tǒng)必須為信號(hào)設(shè)備提供優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定且強(qiáng)大的供電保障，以保證信號(hào)系統(tǒng)安全穩(wěn)定地持續(xù)運(yùn)行。從信號(hào)電源系統(tǒng)的發(fā)展歷史、城市軌道交通信號(hào)UPS的功能、城市軌道交通信號(hào)電源安全架構(gòu)、城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)供電配線等方

51、面可以了解到信號(hào)電源系統(tǒng)的發(fā)展、原理及其重要性，對(duì)于現(xiàn)有信號(hào)系統(tǒng)常用的供電方案及配線方式的分析了解，我們從中得到信號(hào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和線路的安全運(yùn)營(yíng)的供電基礎(chǔ)。</p><p>　　1.2 選題的目的與意義</p><p>　　城市軌道交通中的信號(hào)系統(tǒng)是保障列車(chē)運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)行車(chē)指揮和列車(chē)運(yùn)行現(xiàn)代化，提高運(yùn)輸效率的關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備，在運(yùn)營(yíng)重要性和安全等級(jí)上，信號(hào)系統(tǒng)遠(yuǎn)高于其他弱電系統(tǒng)，因此其電

52、源系統(tǒng)必須為信號(hào)設(shè)備提供優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定且強(qiáng)大的供電保障，以保證信號(hào)系統(tǒng)安全穩(wěn)定地持續(xù)運(yùn)行。</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　城市軌道交通作為城市內(nèi)部居民出行和通勤的一種大運(yùn)量、快速、便捷的交通工具，近年來(lái)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展之勢(shì)。城市軌道交通系統(tǒng)一般包括“地鐵”和“輕軌”兩類(lèi)，大多數(shù)的城市軌道交

53、通系統(tǒng)都建造于地底之下，故稱(chēng)為“地鐵”；在國(guó)內(nèi)，修建于地上或高架橋上的城市軌道交通系統(tǒng)通常被稱(chēng)為“輕軌”[2]。軌道交通是一個(gè)復(fù)雜的行業(yè)分支，其中包括隧道、橋梁、建筑、結(jié)構(gòu)、通信、信號(hào)等等數(shù)十個(gè)專(zhuān)業(yè)。</p><p>　　20世紀(jì)60年代后期，電源屏是信號(hào)電氣集中聯(lián)鎖的唯一供電裝置。信號(hào)電源屏是電氣集中、自動(dòng)閉塞、駝峰信號(hào)沒(méi)備等的供電裝置，它將變壓器、穩(wěn)壓器、整流器等組合起來(lái)，以簡(jiǎn)化施工和維修[3]。它滿足信號(hào)系

54、統(tǒng)所需的可靠、穩(wěn)定、安全三大基本要求，供給信號(hào)設(shè)備所需的各種電源、電源屏技術(shù)兒經(jīng)改進(jìn)，逐漸完善，不斷發(fā)展。隨著汁算機(jī)聯(lián)鎖的發(fā)展，為滿足計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖對(duì)電源的較高要求而設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖電源屏，它的電路結(jié)構(gòu)基本上與繼電集中聯(lián)鎖用電源屏相同，只是增加了汁算機(jī)所用電源。</p><p>　　進(jìn)入2l世紀(jì)，鐵路信號(hào)設(shè)備加快了現(xiàn)代化發(fā)展的步伐，而采用傳統(tǒng)工頻技術(shù)的信號(hào)電源屏就明顯不能適應(yīng)發(fā)展的需要，主要體現(xiàn)在供電系統(tǒng)日見(jiàn)龐大，可靠

55、性不夠高，智能化程度低[4]。2000年智能電源屏問(wèn)世了，這是信號(hào)電源技術(shù)的重大進(jìn)步。智能電源屏采用微型汁算機(jī)技術(shù)，完成對(duì)電源系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并可遠(yuǎn)程監(jiān)控；引入高頻電力電子技術(shù)，對(duì)各種輸入、輸出單元和交、直流電源進(jìn)行模塊化，提高了供電質(zhì)量和可靠性，實(shí)現(xiàn)了無(wú)維修化[5]。</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)設(shè)備在鐵路領(lǐng)域普及和應(yīng)用，許多重要用電沒(méi)備對(duì)供電質(zhì)量提出了更高的要求，需要不問(wèn)斷供電，而且要求電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、

56、波形無(wú)畸變。于是UPS隨之進(jìn)入了鐵路信號(hào)供電系統(tǒng)，與電源屏一并承擔(dān)起了信號(hào)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)設(shè)備供電的重任。UPS是一種含有儲(chǔ)能裝置（蓄電池），以整流器、逆變器為主要組成部分的穩(wěn)壓穩(wěn)頻的現(xiàn)代化電源裝置。其主要有兩路電源無(wú)間斷切換、隔離干擾、電壓變換、頻率變換和后備等功能[6]。UPS中的蓄電池儲(chǔ)存有一定能量，當(dāng)外電網(wǎng)供電中斷時(shí)，蓄電池能通過(guò)逆變器繼續(xù)供電。城市軌道交通與國(guó)鐵系統(tǒng)相伴發(fā)展，很多方面都沿用了國(guó)鐵的技術(shù)，并在很多方面進(jìn)行了大膽嘗試、

57、技術(shù)創(chuàng)新和突破，其中城市軌道交通的信號(hào)電源系統(tǒng)就是如此。我國(guó)鐵路信號(hào)設(shè)備獲得了較為快速的發(fā)展，在這種情況下，以往通過(guò)工頻技術(shù)應(yīng)用的電源屏已經(jīng)不能夠?qū)ΜF(xiàn)今環(huán)境下的使用要求進(jìn)行滿足，供電系統(tǒng)逐漸出現(xiàn)了可靠性、智能化程度較低的情況。在此情況下，智能電源屏出現(xiàn)了，其通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用能夠較好的對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控以及電源系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)等功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)高頻電力技術(shù)的應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)輸入、輸出單元實(shí)現(xiàn)了模塊化，在此過(guò)程中獲得了更高的供電可靠性以及供電質(zhì)量&l

58、t;/p><p>　　在越來(lái)越多新設(shè)備、新技術(shù)應(yīng)用在鐵路領(lǐng)域的情況下，很多供電設(shè)備對(duì)于供電質(zhì)量以及供電穩(wěn)定性也具有了更高的要求，不僅需要能夠具有穩(wěn)定的電壓以及頻率，還需要保證供電的不間斷性。在這種情況下，UPS技術(shù)得到了引入，同電源屏一起成為了軌道交通信號(hào)系統(tǒng)建設(shè)的重要內(nèi)容。UPS 是一種含有儲(chǔ)能裝置，以整流器、逆變器為主要組成部分的穩(wěn)壓穩(wěn)頻的現(xiàn)代化電源裝置。具有隔離干擾、頻率變換以及無(wú)間斷切換等功能，非常適合應(yīng)用在

59、現(xiàn)今的城市軌道交通建設(shè)當(dāng)中。同時(shí)，UPS及其配套使用的蓄電池，能夠在日常供電的同時(shí)儲(chǔ)備電能，如果外網(wǎng)供電出現(xiàn)了故障或者中斷的情況，則會(huì)通過(guò)逆變器的方式繼續(xù)提供電力[8]。</p><p>　　1.3.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　不間斷電源的性能的優(yōu)劣由功率器件決定。良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性是一支理想功率器件必須具備的條件：在靜態(tài)狀態(tài)下，功率管能承受高壓；當(dāng)動(dòng)態(tài)狀態(tài)下，功率管流過(guò)電流

60、小，并且管子壓降也小，開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間極短，能承受電流電壓的突變，并且具備全控的功能[9]。</p><p>　　國(guó)外市場(chǎng)，相對(duì)傳統(tǒng)三相大功率UPS晶閘管整流技術(shù)，目前一般采用12相甚至24相整流技術(shù)。隨著大容量全控型半導(dǎo)體器件的發(fā)展，近年來(lái)廣泛采用IGBT高頻整流技術(shù)，輔助各種新型數(shù)字化的控制方法，功率因數(shù)可以達(dá)到0.99以上，諧波含量小于3%，達(dá)到真正的綠色電源[10]。</p><p>

61、<b>　　1.4 研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　本文首先查閱地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的相關(guān)文獻(xiàn)，調(diào)查研究了地鐵1好像信號(hào)設(shè)備電源故障及運(yùn)行狀態(tài)，完成了前期的開(kāi)題工作；</p><p>　　（2）通過(guò)研究地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)相關(guān)基礎(chǔ)理論，研究了地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)組成及原理、電源可靠性指標(biāo)理論；</p><p>　　（3）完成了對(duì)合肥地鐵1號(hào)

62、線信號(hào)設(shè)備電源故障研究，包括引入電源故障、UPS故障、電源模塊故障及電源分路故障；</p><p>　?。?）通過(guò)對(duì)各種故障進(jìn)行分析，開(kāi)始研究合肥地鐵1號(hào)線信號(hào)電源系統(tǒng)故障應(yīng)對(duì)辦法，主要從增設(shè)電源視頻監(jiān)控、建立電源應(yīng)急機(jī)制以及信號(hào)維保人員對(duì)調(diào)度的輔助三個(gè)方面著手。</p><p>　　城市軌道交通中的信號(hào)系統(tǒng)是保障列車(chē)運(yùn)行安全，實(shí)現(xiàn)行車(chē)指揮和列車(chē)運(yùn)行現(xiàn)代化，提高運(yùn)輸效率的關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備，根據(jù)

63、以上研究思路，本論文共分為六章。</p><p>　　第一章簡(jiǎn)要介紹選題背景、選題目的和意義、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀、論文的研究思路和方法。第二章分析了通過(guò)研究地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)相關(guān)基礎(chǔ)理論，研究了地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)組成及原理、電源可靠性指標(biāo)理論。第三章合肥地鐵1號(hào)線信號(hào)設(shè)備電源故障研究，包括引入電源故障、UPS故障、電源模塊故障及電源分路故障。第四章通過(guò)對(duì)各種故障進(jìn)行分析，開(kāi)始研究合肥地鐵1號(hào)線信號(hào)電源系統(tǒng)故障應(yīng)對(duì)辦法，

64、主要從增設(shè)電源視頻監(jiān)控、建立電源應(yīng)急機(jī)制以及信號(hào)維保人員對(duì)調(diào)度的輔助三個(gè)方面著手。第五章對(duì)全文做了總結(jié)。</p><p>　　2 合肥地鐵1號(hào)線信號(hào)設(shè)備電源概述</p><p>　　2.1 電源系統(tǒng)概述及工作原理</p><p>　　2.2.1 電源系統(tǒng)概述</p><p>　　電源系統(tǒng)主要由電源屏、UPS穩(wěn)壓器、蓄電池構(gòu)成。其中電源屏

65、的主要功能性結(jié)構(gòu)包括輸人切換單元、整流模塊、隔離變壓器。電源屏的作用是對(duì)外電網(wǎng)輸人的兩路電進(jìn)行選擇，選擇其中一路為工作電源，另一路為備用電源。若工作電源出現(xiàn)斷向、錯(cuò)向、電壓偏高、電壓偏低和斷電等間題時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別并在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)斷掉此路電源并轉(zhuǎn)換到備用電源[11]。由于在下級(jí)設(shè)備的電源模塊中設(shè)有大的放電電容，所以切換時(shí)掉電不會(huì)影響到負(fù)載的正常工作。</p><p>　　電源經(jīng)過(guò)交流切換器后將通過(guò)電源屏內(nèi)的匯

66、流排平均輸送給各個(gè)電源模塊。模塊有各種類(lèi)型，每種信號(hào)電源屏的模塊會(huì)輸出不同類(lèi)型的電源。</p><p>　　對(duì)于輸出的交流電源，電源屏用隔離變壓器對(duì)其進(jìn)行對(duì)地隔離以保證人身安全。對(duì)于輸向室外設(shè)備的電源，在電源屏內(nèi)部并接防雷設(shè)備。</p><p>　　為防止由于某個(gè)電源模塊故障導(dǎo)致此路負(fù)載斷電，電源屏針對(duì)交流電和直流電有不同預(yù)防方法:</p><p>　　交流電源:裝

67、配足夠給負(fù)載供電的交流模塊后，針對(duì)1個(gè)或2個(gè)模塊，還再配有1個(gè)備用模塊作為熱備，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換熱備模塊供電，當(dāng)主用模塊恢復(fù)正常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)切換主用模塊作為輸出模塊。</p><p>　　直流電源:直流模塊采用“N+M”（M N/3）冗余備份。同一種電源所有的直流模塊同時(shí)啟用供電，各個(gè)模塊將輸出匯集在特定的匯流排上。同樣類(lèi)型的負(fù)載再?gòu)拇藚R流排上取電。若同類(lèi)型的某個(gè)直流模塊故障，剩余的直流模塊的負(fù)載率會(huì)上升，但輸出功

68、率不會(huì)改變，從而保證不間斷供電。</p><p>　　電源屏的空開(kāi):電源屏的空開(kāi)大致有3種:熱磁脫扣、負(fù)荷式開(kāi)關(guān)、液壓空開(kāi)。熱磁脫扣主要應(yīng)用在主路輸人、UPS輸人、UPS輸出和旁路輸出；負(fù)荷式開(kāi)關(guān)主要應(yīng)用于電源屏的切換裝置手動(dòng)旁路、手動(dòng)旁路工和手動(dòng)旁路II上；液壓空開(kāi)主要應(yīng)用于電源模塊、電源輸出等。</p><p>　　一般信號(hào)系統(tǒng)有兩路可靠的電源[12]：主電源和副電源主、副電源引至信號(hào)

69、設(shè)備房，要能夠自動(dòng)和手動(dòng)互相切換，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓、與地隔離和調(diào)制后，向信號(hào)系統(tǒng)各種設(shè)備供電。信號(hào)電源系統(tǒng)由信號(hào)電源屏（包括輸入切換單元和監(jiān)控單元），UPS及蓄電池組成。</p><p>　　信號(hào)電源系統(tǒng)輸出分為直流電源部分和交流電源部分，輸出端有過(guò)流（壓）保護(hù)單元DVP，繼電器監(jiān)測(cè)設(shè)備ELD等保護(hù)監(jiān)控單元，保證信號(hào)設(shè)備供電安全</p><p>　　直流電源部分主要為信號(hào)設(shè)備提供DC24V，DC6

70、0V，DC110V電源〔由直流電源模塊提供電源輸出，所有的直流電源模塊采用熱備冗余方式運(yùn)行、</p><p>　　交流電源部分主要為信號(hào)設(shè)備提供AC110V，AC220V，AC380電源、AC110V，AC220V經(jīng)UPS穩(wěn)壓后輸出，供電回路采用隔離變壓器輸出、交流轉(zhuǎn)轍機(jī)電源AC380V由外部?jī)陕冯娫醋詣?dòng)切換后，經(jīng)隔離變壓器單獨(dú)輸出，不通過(guò)在線式UPS。</p><p>　　UPS對(duì)各類(lèi)信

71、號(hào)設(shè)備、外圍設(shè)備及終端計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一供電，當(dāng)外電源切斷時(shí)，UPS及配套蓄電池向負(fù)載設(shè)備提供30min的不間斷電源。</p><p>　　2.2.2 工作原理</p><p>　?。?）單機(jī)UPS旁路穩(wěn)壓器方案（三相、帶兩路切換）</p><p>　　如圖2-1所示為單機(jī)UPS旁路穩(wěn)壓器方案（三相、帶兩路切換）</p><p>　　圖2-1 單

72、機(jī)UPS旁路穩(wěn)壓器方案（三相、帶兩路切換）</p><p>　　兩路三相電源引入，輸入總配電具有自動(dòng)、手動(dòng)切換及轉(zhuǎn)換電路故障直供功能（兩路）；兩路電源切換后選擇一路給UPS和穩(wěn)壓器供電，穩(wěn)壓器設(shè)置在UPS旁路上，可在UPS故障自動(dòng)轉(zhuǎn)旁路時(shí)給信號(hào)電源屏繼續(xù)提供穩(wěn)壓電源；UPS輸出經(jīng)電源屏輸入配電分配至各交、直流模塊進(jìn)行供電；交流電源采用變壓器隔離直供的工作方式；直流模塊采用N+1（N≤3）的并聯(lián)工作方式；交流轉(zhuǎn)轍機(jī)

73、采用工頻變壓器隔離直供的工作方式；中心監(jiān)測(cè)單元將信號(hào)電源屏、UPS、電池組及穩(wěn)壓器的信息通過(guò)RS485傳輸?shù)轿C(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中或通過(guò)RJ45與電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)通訊，對(duì)全線聯(lián)網(wǎng)的信號(hào)電源系統(tǒng)信息進(jìn)行監(jiān)控。應(yīng)用于合肥地鐵1號(hào)線設(shè)備集中站、 控制中心、試車(chē)線、車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)。</p><p>　?。?）三相、一路電源輸入穩(wěn)壓器方案</p><p>　　如圖2-2所示為單機(jī)UPS旁路穩(wěn)壓器方案（三相、

74、一路電源輸入）</p><p>　　圖2-2 單機(jī)UPS旁路穩(wěn)壓器方案（三相、一路電源輸入）</p><p>　　一路三相電源輸入后給UPS和穩(wěn)壓器供電，穩(wěn)壓器設(shè)置在UPS旁路上，可在UPS故障自動(dòng)轉(zhuǎn)旁路時(shí)給信號(hào)電源屏繼續(xù)提供穩(wěn)壓電源；UPS輸出經(jīng)電源屏輸入配電分配至各交、直流模塊進(jìn)行供電；交流電源采用變壓器隔離直供的工作方式；直流模塊采用N+1（N≤3）的并聯(lián)工作方式；交流轉(zhuǎn)轍機(jī)采用工頻

75、變壓器隔離直供的工作方式；中心監(jiān)測(cè)單元將信號(hào)電源屏、UPS、電池組及穩(wěn)壓器的信息通過(guò)RS485傳輸?shù)轿C(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，對(duì)全線聯(lián)網(wǎng)的信號(hào)電源系統(tǒng)信息進(jìn)行監(jiān)控。應(yīng)用于合肥地鐵1號(hào)線培訓(xùn)中心。</p><p>　?。?）單相、一路電源輸入穩(wěn)壓器方案</p><p>　　如圖2-3所示為單機(jī)UPS旁路穩(wěn)壓器方案（單相、一路電源輸入）</p><p>　　圖2-3 單機(jī)UPS旁

76、路穩(wěn)壓器方案（單相、一路電源輸入）</p><p>　　一路單相電源輸入后給UPS和穩(wěn)壓器供電，穩(wěn)壓器設(shè)置在UPS旁路上，可在UPS故障自動(dòng)轉(zhuǎn)旁路時(shí)給信號(hào)電源屏繼續(xù)提供穩(wěn)壓電源；UPS輸出經(jīng)電源屏輸入配電分配至各交流模塊進(jìn)行供電；交流電源采用變壓器隔離直供的工作方式；中心監(jiān)測(cè)單元將信號(hào)電源屏、UPS、電池組及穩(wěn)壓器的信息通過(guò)RS485傳輸?shù)轿C(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，對(duì)全線聯(lián)網(wǎng)的信號(hào)電源系統(tǒng)信息進(jìn)行監(jiān)控。應(yīng)用于合肥地鐵1號(hào)線

77、維修中心。</p><p>　　（4）單相、帶兩路切換穩(wěn)壓器方案</p><p>　　如圖2-4所示為雙UPS帶穩(wěn)壓器方案（單相、帶兩路切換）</p><p>　　圖2-4 雙UPS帶穩(wěn)壓器方案（單相、帶兩路切換）</p><p>　　兩路單相電源引入，輸入總配電具有自動(dòng)、手動(dòng)切換及轉(zhuǎn)換電路故障直供功能（兩路）；兩路電源切換后選擇一路給分別給

78、UPS1和穩(wěn)壓器1及UPS2和穩(wěn)壓器2供電，穩(wěn)壓器設(shè)置在UPS前級(jí)，可在UPS故障自動(dòng)轉(zhuǎn)旁路時(shí)給信號(hào)電源屏繼續(xù)提供穩(wěn)壓電源；UPS輸出經(jīng)電源屏輸入配電分配至各交流模塊進(jìn)行供電；交流電源采用變壓器隔離直供的工作方式；中心監(jiān)測(cè)單元將信號(hào)電源屏、UPS、電池組及穩(wěn)壓器的信息通過(guò)RS485傳輸?shù)轿C(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，對(duì)全線聯(lián)網(wǎng)的信號(hào)電源系統(tǒng)信息進(jìn)行監(jiān)控。應(yīng)用于合肥地鐵1號(hào)線非設(shè)備集中站。</p><p>　　2.2 地鐵信號(hào)

79、UPS功能</p><p>　　UPS（Uninterruptible Power System）是一種含有儲(chǔ)能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻不問(wèn)斷電源。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用，此時(shí)的UPS就是一臺(tái)交流穩(wěn)壓器，同時(shí)它還向蓄電池充電；當(dāng)市電中斷時(shí)，UPS立即將蓄電池的電能通過(guò)逆變轉(zhuǎn)換向負(fù)載持續(xù)供電，使得負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞[13]。其工作原理如圖2-5所示：

80、</p><p>　　圖2-5 UPS工作原理</p><p>　　在城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中，UPS主要確保信號(hào)系統(tǒng)在瞬間停電或兩路電源切換過(guò)程中能夠正常工作；在外電網(wǎng)兩路電源供電中斷情況下，UPS電源系統(tǒng)能夠保持信號(hào)系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)正常工作，調(diào)度員能夠在這段時(shí)間內(nèi)通過(guò)列車(chē)調(diào)度控制設(shè)備將列車(chē)指揮運(yùn)營(yíng)到安全區(qū)域，存儲(chǔ)重要運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，為下次來(lái)電盡快復(fù)原創(chuàng)造條件，不致造成系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)瞬間丟失，

81、造成運(yùn)營(yíng)混亂。</p><p>　　由于信號(hào)系統(tǒng)的重要性，因此信號(hào)系統(tǒng)的UPS會(huì)冗余設(shè)計(jì)，如圖2-6所示。當(dāng)其中任意一個(gè)UPS出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)都能自動(dòng)無(wú)縫切換到另外一臺(tái)UPS給設(shè)備供電，保障信號(hào)設(shè)備供電的延續(xù)性。（信號(hào)設(shè)備A類(lèi)表示能雙路輸入，一般為直流負(fù)載；B類(lèi)表示不能雙路輸入，一般為交流負(fù)載）。</p><p>　　圖2-6 UPS信號(hào)設(shè)備供電的延續(xù)性原理</p><

82、p>　　2.3 電源工作方式</p><p>　　2.3.1 后備式</p><p>　　后備式UPS（如圖2-7）價(jià)格便宜，適用性不強(qiáng)，通過(guò)濾波電路、電池充電及逆變電路三方面組成的功率變換回路具有這樣的特點(diǎn)：UPS在市電正常的情況下進(jìn)行工作，一邊為設(shè)備進(jìn)行供電，一邊給電池充電。在電池電量滿格時(shí)充電回路停止工作。當(dāng)市電停止供電的時(shí)候，電池電流開(kāi)始回流，通過(guò)逆流電路進(jìn)行供電。后背式

83、UPS在市電停止供電時(shí)會(huì)有瞬間停電的現(xiàn)象發(fā)生，這種停電不會(huì)給計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行帶來(lái)影響，但對(duì)于維系高級(jí)裝置的運(yùn)行，后背式UPS是望塵莫及的[14]。</p><p>　　圖2-7后備式UPS框圖</p><p>　　2.3.2 互動(dòng)式</p><p>　　互動(dòng)式UPS（如圖2-8）的運(yùn)行模式是，當(dāng)電流在220V左右時(shí)，通過(guò)變壓器輸電給負(fù)載；當(dāng)電流增高，但未超出279

84、V時(shí)，通過(guò)繼電器協(xié)助變壓器進(jìn)行供電；當(dāng)市電過(guò)高或過(guò)低時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟逆變器進(jìn)行向負(fù)載供電[15]。在供電的過(guò)程中，電池也在進(jìn)行充電，當(dāng)市電發(fā)生故障時(shí)，將通過(guò)電流逆變向負(fù)載進(jìn)行供電。雖然這種方式的切換時(shí)間比后背式短的多，但由于市電故障后對(duì)負(fù)載進(jìn)行交流電供應(yīng)，對(duì)于要求過(guò)高的設(shè)備不宜使用。</p><p>　　圖2-8 互動(dòng)式UPS框圖</p><p>　　2.3.3 雙變換式</p

85、><p>　　雙變換式UPS（如圖2-9）的運(yùn)行模式是市電一邊對(duì)電池進(jìn)行充電，另一方面經(jīng)過(guò)逆變器給設(shè)備進(jìn)行供電。當(dāng)市電出現(xiàn)故障時(shí)，電池內(nèi)的電流將會(huì)以無(wú)切換時(shí)間的條件向設(shè)備供電[16]。當(dāng)市電恢復(fù)工作，電池停止向逆變器供電，繼續(xù)正常模，將電池消損的電流補(bǔ)滿。</p><p>　　圖2-9雙變換式UPS框圖</p><p>　　3 信號(hào)電源系統(tǒng)故障和運(yùn)行可靠性分析<

86、/p><p>　　3.1 信號(hào)電源系統(tǒng)故障</p><p>　　軌道交通線路，一般由高架或者地下線路組成，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)保證在線路范圍內(nèi)車(chē)-地通信的暢通、及時(shí)，保證系統(tǒng)通信的穩(wěn)定性和可靠性。</p><p>　　3.1.1 引入電源故障</p><p>　　引入電源故障，可以分為2 類(lèi)：</p><p>　　（1）一級(jí)負(fù)

87、荷引入電源屏的部分故障；</p><p>　?。?）UPS 電源輸出到電源屏的故障。這類(lèi)故障多由連接線纜的接頭松動(dòng)造成，個(gè)別情況下是由線纜斷裂造成。此類(lèi)故障一旦釀成，信號(hào)設(shè)備將全部或部分失電，對(duì)運(yùn)營(yíng)的危害較大。</p><p>　　3.1.2 UPS故障</p><p>　　UPS 電源系統(tǒng)由4 部分組成： 整流器、電池組、逆變器和開(kāi)關(guān)控制。整流器件采用可控硅或高

88、頻開(kāi)關(guān)整流器，具有可根據(jù)外電的變化控制輸出幅度的功能。逆變器具有恒壓輸出功能，當(dāng)外電發(fā)生變化時(shí)（ 該變化應(yīng)滿足系統(tǒng)要求） ，輸出幅度基本不變。凈化功能由儲(chǔ)能電池來(lái)完成，由于整流器對(duì)瞬時(shí)脈沖干擾不能消除，整流后的電壓仍存在干擾脈沖，儲(chǔ)能電池除可存儲(chǔ)直流直能外，對(duì)整流器來(lái)說(shuō)就像接了一只大容量電容器，其等效電容量的大小，與儲(chǔ)能電池容量大小成正比。</p><p>　　圖3-1 UPS工作原理圖</p>&

89、lt;p>　　圖3-1為UPS 工作原理示意圖。斷路器K1 控制主路交流電源輸入； 整流器將交流電源變成直流電源； 逆變器進(jìn)行DC /AC 變換，將整流器和蓄電池提供的直流電源變換成交流電源輸出； 蓄電池組在交流停電時(shí)通過(guò)逆變器向負(fù)載供電。輸入電源也可以通過(guò)旁路靜態(tài)開(kāi)關(guān)從旁路回路向負(fù)載供電。另外，在對(duì)負(fù)載供電不間斷情況下而對(duì)UPS 內(nèi)部進(jìn)行維修時(shí)，可使用維修旁路開(kāi)關(guān)K3。</p><p>　　3.1.3

90、電源模塊故障</p><p>　　現(xiàn)在通用的智能電源屏，其電源輸出都采用模塊化輸出，電源可以從一個(gè)模塊輸出，也可以由一個(gè)模塊輸出多路電源。電源模塊故障后，由該模塊提供的相關(guān)電源將被切斷。電源模塊化智能化的實(shí)施，提高了電源的可靠性，一旦模塊出現(xiàn)故障，故障的判斷和定位都相當(dāng)準(zhǔn)確，直接更換對(duì)應(yīng)的模塊即可。</p><p>　　3.1.4 電源分路故障</p><p>　

91、　若電源只是某一分路故障，首先檢查分路的上下級(jí)開(kāi)關(guān)，同時(shí)檢查連接線纜的完好性。分路故障，也可能是該分路所在模塊產(chǎn)生的故障。</p><p>　　3.2 電源系統(tǒng)運(yùn)行可靠性分析</p><p>　　3.2.1 系統(tǒng)配電</p><p>　?。?）系統(tǒng)總輸入配電</p><p>　　外電網(wǎng)I、II路電源經(jīng)過(guò)QF1、QF2及KM1和KM2后選擇

92、一路對(duì)電源屏進(jìn)行供電，KM1和KM2由系統(tǒng)兩路輸入切換控制板進(jìn)行控制，KM1和KM2輸出端接至系統(tǒng)過(guò)渡端子（13D-11～14）上，同時(shí)外電網(wǎng)I路電源經(jīng)I路直供空開(kāi)QF3，外電網(wǎng)II路電源經(jīng)II路直供空開(kāi)QF4后也接至系統(tǒng)過(guò)渡端子（13D-11～14）上。電源屏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上設(shè)有互鎖裝置，保證QF1、QF2與QF3和QF4不能同時(shí)閉合。</p><p>　　圖3-2 系統(tǒng)總輸入配電</p><p&

93、gt;　　QF1、QF2、QF3、QF4在系統(tǒng)不同輸入時(shí)的狀態(tài)見(jiàn)表2-1：</p><p>　　表3-1 QF1、QF2、QF3、QF4空開(kāi)狀態(tài)</p><p>　　系統(tǒng)與控制臺(tái)接口示意圖見(jiàn)圖2-2，系統(tǒng)由I路供電時(shí)，通過(guò)接線端子1D-60向控制臺(tái)提供I路工作狀態(tài)；系統(tǒng)由II路供電時(shí)，通過(guò)接線端子1D-61向控制臺(tái)提供II路工作狀態(tài)；系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)接線端子1D-62向控制臺(tái)提供電源

94、系統(tǒng)故障狀態(tài)。</p><p>　　圖3-3 電源屏與控制臺(tái)接口圖</p><p>　　如圖3-4中所示，機(jī)柜前門(mén)上安裝有指示燈、蜂鳴器及系統(tǒng)兩路輸入切換控制板，</p><p>　　HL1—— “I路有電“ 紅色指示燈，I路輸入正常時(shí)點(diǎn)亮；</p><p>　　HL2—— “I路工作“ 綠色指示燈，I路主用，II路備用時(shí)點(diǎn)亮；</p&

95、gt;<p>　　HL3—— “II路有電“ 紅色指示燈，II路輸入正常時(shí)點(diǎn)亮；</p><p>　　HL4—— “II路工作“ 綠色指示燈，II路主用，I路備用時(shí)點(diǎn)亮；</p><p>　　HAU1—— “故障報(bào)警蜂鳴器“，當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警；</p><p>　　SB1——“預(yù)警/消音開(kāi)關(guān)”可對(duì)HAU1進(jìn)行消音操作；</p>&

96、lt;p>　　PDB ——“系統(tǒng)兩路輸入切換控制板“負(fù)責(zé)采集I、II路電源的狀態(tài)并進(jìn)行過(guò)欠壓、缺相、相序判斷，通過(guò)控制接觸器KM1和KM2來(lái)實(shí)現(xiàn)兩路切換。</p><p>　　圖3-4 電源屏輸入指示燈及兩路輸入切換控制板接線圖</p><p>　　（2）UPS及穩(wěn)壓器配電</p><p>　　如圖3-5中所示，電源屏上設(shè)置有UPS輸入開(kāi)關(guān)（QS1），UPS輸

97、出開(kāi)關(guān)（QS5），同時(shí)設(shè)置有UPS維修旁路開(kāi)關(guān)（QS7），當(dāng)UPS出現(xiàn)故障時(shí)，可將UPS輸出開(kāi)關(guān)（QS5）斷開(kāi)后，閉合UPS維修旁路開(kāi)關(guān)（QS7），通過(guò)穩(wěn)壓器，維持穩(wěn)壓供電，UPS輸出開(kāi)關(guān)與UPS維修旁路開(kāi)關(guān)設(shè)有機(jī)械互鎖。</p><p>　　圖3-5 UPS及穩(wěn)壓器配電接線圖</p><p>　　3.2.2 電源系統(tǒng)可靠性要求分析</p><p>　?。?）自動(dòng)

98、閉塞線路對(duì)外部電源的要求</p><p>　　行車(chē)信號(hào)用電由自動(dòng)閉塞供電專(zhuān)用線路提供電源，從理論而言，信號(hào)供電中斷時(shí)間不能超過(guò)150ms，否則，將會(huì)導(dǎo)致所有供電區(qū)間的自動(dòng)閉塞信號(hào)燈變?yōu)榧t燈，影響鐵路的正常運(yùn)輸。為了保證供電可靠性，鐵路供（水）電段均設(shè)立自動(dòng)閉塞（簡(jiǎn)稱(chēng)自閉）配電所，當(dāng)自閉變電所獨(dú)立設(shè)置時(shí)，外部電源為單獨(dú)引進(jìn)的獨(dú)立電源。當(dāng)自動(dòng)閉塞配電所和貫通配電所合建時(shí)，電源可由貫通配電所的10kV母線上引來(lái)。不論是

99、哪種配電所都應(yīng)保證上、下行方向兩相鄰自閉配電所的電源是互為獨(dú)立的電源。</p><p>　　除通過(guò)采用雙電源供電外，為確保行車(chē)信號(hào)用電的可靠性，自閉饋線的控制斷路器應(yīng)裝設(shè)一次自動(dòng)重合閘裝置（ARD）或備用電源自動(dòng)投入裝置（APD），從二次設(shè)備的角度提高連接的可靠性。相鄰的兩個(gè)自閉配電所，一為主供所，正常運(yùn)行時(shí)主供所自閉饋線的斷路器閉合，由主供所向自閉饋線供電，主供所自閉饋線斷路器裝設(shè)一次自動(dòng)重合閘裝置（ARD）；

100、另一配電所為備供所，正常運(yùn)行時(shí)備供所的自閉饋出線斷路器斷開(kāi)，處于備用狀態(tài)。當(dāng)主供所因故或檢修停電時(shí)，主供所自閉饋線斷路器自動(dòng)跳開(kāi)，備供所的自閉饋線斷路器在（APD）的作用下自動(dòng)合閘，由備供所向自閉線路供電。自閉饋線供電系統(tǒng)如3-6所示。</p><p>　　圖3-6自閉饋線供電系統(tǒng)示意圖</p><p>　?。?）行車(chē)信號(hào)設(shè)備對(duì)電壓水平的要求</p><p>　　行

101、車(chē)信號(hào)設(shè)備除要求不間斷供電外，同時(shí)要求自動(dòng)閉塞信號(hào)變壓器的二次端子（220V側(cè)）的電壓偏差值不超過(guò)額定電壓的士10%，以保證行車(chē)信號(hào)燈的亮度和顯示的準(zhǔn)確性。一般采用在10kV側(cè)裝設(shè)1：1的有載調(diào)壓（變壓）器，這種被稱(chēng)為高壓控制調(diào)壓方式的自動(dòng)閉塞配電所，在我國(guó)鐵道供電系統(tǒng)中得到廣泛采用，圖3-7是其接線圖。從電力系統(tǒng)的角度看，鐵路負(fù)荷屬于終端負(fù)荷，所以鐵路供電系統(tǒng)中絕大多數(shù)為10kV配電所，只有在極個(gè)別的地方，存在有110kV的配電所。從

102、配電所引出的自動(dòng)閉塞饋線的額定電壓是10kV，因而它的主接線與一般配電所10kV側(cè)主接線方式基本相同。自閉母線與工作母線應(yīng)分別各設(shè)1組電壓互感器和避雷器，兩段母線經(jīng)1臺(tái)1：1的調(diào)壓變壓器連通。母線短接隔離開(kāi)關(guān)1QS是當(dāng)調(diào)壓器因故退出運(yùn)行時(shí)，合上1QS由工作母線直接向自閉母線供電。</p><p>　　圖3-7 高壓控制調(diào)壓的自閉配電所接線圖</p><p>　　3.2.3 電源可靠性?xún)?nèi)容

103、</p><p><b>　?。?）電源可靠性</b></p><p>　　信號(hào)系統(tǒng)電源可靠性不足是故障發(fā)生的直接原因。其UPS采用ITA型（6kVA），為單總線單UPS配置，未配置冗余UPS。信號(hào)系統(tǒng)電源屏監(jiān)控單元為單套電源供電，可靠性低。當(dāng)電源屏監(jiān)控單元發(fā)生故障時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)系統(tǒng)及時(shí)有效監(jiān)控。僅在小營(yíng)指揮中心、萬(wàn)柳車(chē)輛段配置了監(jiān)控終端，當(dāng)這2處監(jiān)控終端出現(xiàn)故障

104、時(shí)，將導(dǎo)致監(jiān)控失效。信號(hào)系統(tǒng)由1套外電源供電，當(dāng)外電源出現(xiàn)異常波動(dòng)時(shí)，將導(dǎo)致信號(hào)系統(tǒng)電源異常，進(jìn)而造成故障，影響行車(chē)。</p><p>　?。?）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可靠性</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可靠性不足是故障影響擴(kuò)大的根本原因。地鐵10號(hào)線的信號(hào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，任何一路網(wǎng)絡(luò)故障或斷電時(shí)，系統(tǒng)仍可正常工作；但如果雙通道網(wǎng)絡(luò)設(shè)備電源均斷電時(shí)，則信號(hào)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中會(huì)出現(xiàn)斷點(diǎn)，2個(gè)斷點(diǎn)之間（

105、系統(tǒng)設(shè)定的斷點(diǎn)除外）所有站的信號(hào)系統(tǒng)將與骨干網(wǎng)絡(luò)失去聯(lián)系。2015年10月23日，1個(gè)非集中站（豐臺(tái)站）單點(diǎn)的故障，引發(fā)了多個(gè)聯(lián)鎖區(qū)軌旁ATP和ATS數(shù)據(jù)傳輸中斷，導(dǎo)致了15個(gè)站、14個(gè)區(qū)間列車(chē)降級(jí)運(yùn)行。表明：總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可靠性不足，單個(gè)站的信號(hào)設(shè)備供電故障將造成較大的影響。</p><p>　　3.3 電源系統(tǒng)故障應(yīng)對(duì)辦法</p><p>　　3.3.1 增設(shè)電源視頻監(jiān)控</p

106、><p>　　在信號(hào)設(shè)備室或者信號(hào)電源室，安裝視頻監(jiān)控，方便電源故障時(shí)設(shè)備狀態(tài)的判定。一般來(lái)說(shuō)，目前運(yùn)用在城市軌道交通的電源都具有電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可對(duì)設(shè)備的電源參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，但增加視頻監(jiān)控可以作為對(duì)電源設(shè)備及系統(tǒng)設(shè)備的全程監(jiān)視，為設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)及維修決策提供依據(jù)，同時(shí)也可以對(duì)設(shè)備的人為誤動(dòng)起到一定的監(jiān)視作用。</p><p>　　3.3.2 建立電源應(yīng)急機(jī)制</p>&l

107、t;p>　　信號(hào)系統(tǒng)電源設(shè)備故障影響的范圍是區(qū)域性的，對(duì)正常行車(chē)危害極大。為保證行車(chē)安全，從設(shè)備的可靠性入手，已經(jīng)做了大量卓有成效的工作，但設(shè)備故障的應(yīng)急處理，仍然是日常維修保障的重要環(huán)節(jié)。為此，在維修保障隊(duì)伍中，針對(duì)電源故障，建立高效準(zhǔn)確的維修隊(duì)伍，勢(shì)在必行。畢竟電源故障，不同于其他故障，引起區(qū)域性行車(chē)中斷會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，影響正常交通出行，這些情況非常關(guān)鍵。</p><p>　　3.3.3 信號(hào)維保人員

108、對(duì)調(diào)度的輔助</p><p>　　按照信號(hào)系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)備集中站故障，會(huì)使3～5個(gè)車(chē)站信號(hào)設(shè)備停止工作； 非設(shè)備集中站故障，影響本站及相關(guān)區(qū)間設(shè)備的供電。發(fā)生區(qū)域性供電故障，影響信號(hào)設(shè)備非正常工作時(shí)，信號(hào)維保的高級(jí)技術(shù)人員，此時(shí)應(yīng)進(jìn)入調(diào)度中心，從設(shè)備運(yùn)用的特點(diǎn)、影響范圍、故障涉及的安全因素出發(fā)，為調(diào)度員及調(diào)度主任提供決策參考，確保設(shè)備非正常運(yùn)轉(zhuǎn)或者設(shè)備停止工作的情況下，線上運(yùn)營(yíng)的安全。</p>&l

109、t;p>　　4 信號(hào)電源系統(tǒng)的可靠性保證措施研究</p><p>　　4.1 可靠性保障措施</p><p>　　4. 1.1 加強(qiáng)維修培訓(xùn)和實(shí)際操作</p><p>　　隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的快速發(fā)展，電源設(shè)備的可靠性大大提高，為日常的設(shè)備維修、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)都打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，設(shè)備的自動(dòng)化程度高、運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，以前由人來(lái)完成的工作，現(xiàn)在由計(jì)算

110、機(jī)來(lái)完成，因此長(zhǎng)期以來(lái)，人們都對(duì)設(shè)備的應(yīng)急處置覺(jué)得非常棘手和應(yīng)對(duì)茫然。在設(shè)備正常運(yùn)行過(guò)程中，在保障系統(tǒng)正常運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)上，需要加強(qiáng)實(shí)際維修的能力，定制故障場(chǎng)景，有針對(duì)性地進(jìn)行維修培訓(xùn)和實(shí)際操作，達(dá)到故障時(shí)快速?zèng)Q策、準(zhǔn)確判斷、立即到位的效果，最大限度地縮短維修時(shí)間，保障運(yùn)營(yíng)。</p><p>　　4. 1.2 完善日常監(jiān)測(cè)手段</p><p>　　從監(jiān)測(cè)手段來(lái)說(shuō)，目前電源監(jiān)測(cè)一般是聯(lián)網(wǎng)后實(shí)現(xiàn)

111、在中心監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)起到的作用和效果主要是事后分析，而在平時(shí)的工作中電源的狀態(tài)被關(guān)心較少。一方面，監(jiān)測(cè)機(jī)在中心，大家關(guān)心不到； 另一方面，常規(guī)報(bào)警信息多，致命報(bào)警一般較少，這樣一來(lái)，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)在日常工作中成為了可有可無(wú)的一項(xiàng)功能。對(duì)此采取如下的完善手段：</p><p>　　（1）將電源監(jiān)測(cè)功能集成到控制中心的調(diào)度員工作站、車(chē)站值班員工作站，擴(kuò)大電源監(jiān)測(cè)的人群，共同對(duì)管轄范圍內(nèi)的電源信息進(jìn)行有效反饋；</p>

112、;<p>　?。?）周期性分析電源監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，對(duì)一個(gè)周期內(nèi)的電源數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)測(cè)和抽檢，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后作出階段性評(píng)價(jià)，并歸納今后維修電源的應(yīng)對(duì)策略。</p><p>　　4. 1.3 提高外網(wǎng)供電可靠性</p><p>　　地鐵1號(hào)線各個(gè)站及小營(yíng)控制中心的信號(hào)電源屏均增加1套應(yīng)急供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)為熱備模式，當(dāng)UPS或電源屏交、直流輸出支路電源斷電時(shí)，可自動(dòng)切換至應(yīng)急供電系統(tǒng)。