渠艷峰

（濟南城市軌道交通集團第一運營有限公司，山東 濟南 250013）

0 引 言

信號智能電源系統(tǒng)的應用極大地促進了軌道交通信號管理水平的提升，具有實時監(jiān)測、報警、記錄以及故障定位功能，能夠給信號負載提供穩(wěn)定干凈的電源。然而在實際工作中仍然存在著各種問題，需要相關工作人員及時發(fā)現(xiàn)并進行正確的處理。出現(xiàn)斷電故障可能導致信號設備板卡燒損、電源模塊故障、交換機數(shù)據(jù)丟失、服務器工作異常等設備故障，嚴重制約了行車效率，影響行車安全。

1 信號電源系統(tǒng)介紹

信號電源系統(tǒng)由智能電源屏、穩(wěn)壓器、不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS）以及電池組等組成。信號兩路電源由供電400 V電源柜引到信號設備室，經(jīng)防雷箱送給電源屏交流切換控制系統(tǒng)，交流切換控制系統(tǒng)選擇一路電源送給UPS市電輸入（UPS旁路電源由穩(wěn)壓器提供），經(jīng)UPS的穩(wěn)壓濾波后，電源送回電源屏輸入端，最后經(jīng)過交直流電源模塊及隔離變壓器輸出給信號各系統(tǒng)供電。

電源屏正常供電的情況下，KM1吸合，KM2斷開，第一路輸入給各個模塊供電。在第一路輸入電源不正常時，KM1斷開，KM2吸合，這樣由第二路輸入給各個模塊供電。當交流切換系統(tǒng)故障時，可以手動選擇第一路直供或第二路直供。

UPS系統(tǒng)主要包括由整流模塊和逆變模塊組成的AC-DC-AC變換主回路、由反向并聯(lián)可控硅組成的旁路靜態(tài)開關、維修旁路空開Q3BP、輸出隔離變壓器、逆變靜態(tài)開關以及蓄電池組等。空氣斷路器Q1控制主路交流電源輸入，整流模塊進行交流/直流（Alternating Current/Direct Current，AC/DC）變換，逆變模塊進行直流/交流（Direct Current/Alternating Current，DC/AC）變換，經(jīng)過隔離變壓器后由斷路器Q5輸出。當輸入斷電時，蓄電池組進行電池逆變供電，輸入電源也可以通過旁路靜態(tài)開關從旁路回路向負載供電。另外，要求負載不間斷供電對UPS內部進行維修時，可使用維修旁路開關Q3BP[1]。

2 電源系統(tǒng)故障場景及應急措施

2.1 電源屏交流切換系統(tǒng)故障及應急措施

電源屏兩路市電正常，但是兩路電源不能正常供電或一路電源故障無法正常轉到另一路電源工作。

無法及時恢復時，為避免電池耗盡設備斷電，應及時進行直供供電。切斷電源屏兩路輸入QF1、QF2開關，選擇電網(wǎng)質量較好的I路（II路）進行直供；將I路（II路）直供選擇開關由OFF狀態(tài)轉到交流I路直供狀態(tài)或交流II路直供狀態(tài)；將1QS3正常工作開關斷開，1QS4直供開關閉合，完成電源直供，恢復正常供電時按相反順序恢復正常供電。運營結束后，在電源直供狀態(tài)下（QF1、QF2開關必須是落下狀態(tài)）更換交流切換控制板或交流接觸器。

2.2 電源屏直流電源模塊故障及應急措施

同一負載的電源模塊都是并聯(lián)冗余的，單獨一塊故障不影響運營，可運營結束后進行更換，但同一負載的電源模塊同時故障影響運營時需立即更換。

TE1、TE2模塊更換步驟：（1）將備用模塊的地址碼按故障模塊進行設置；（2）關閉故障模塊輸入空開，將故障模塊拆下更換備用模塊；（3）閉合輸入空開，檢查模塊工作狀態(tài)及均流情況。

更換TE3模塊時為保證兩模塊并聯(lián)均流，需要將兩模塊電壓調一致，相同束電壓不超過0.2 V，具體步驟如下：（1）關閉故障TE3模塊輸入空開，記錄正常工作TE3模塊的4束電壓值；（2）用備品將故障模塊換下；（3）閉合更換模塊的輸入空開，將原正常模塊的輸入空開斷開，讓更換的模塊單獨帶載并對其4路輸出電壓進行調整，調整到與先前記錄的4束電壓一致；（4）閉合原正常工作的TE3模塊輸入空開，使兩模塊并聯(lián)均流輸出；（5）調看兩模塊4束輸出電流是否基本一致，均流效果是否良好，并檢查負載是否工作正常，電源屏監(jiān)控單元告警是否恢復。

2.3 電源屏采集監(jiān)控故障及應急措施

電源屏監(jiān)控單元報某模塊通信中斷或某一路輸出電源斷，通過實際檢查測試設備正常。這種不影響設備正常使用的采集監(jiān)控故障可在運營結束后處理，主要檢查采集線、FM模塊、采集轉接板及監(jiān)控CPU板，考慮采集電路有無斷線、接觸不良或采集板卡自身故障。

2.4 電源輸出故障及應急措施

多束電源輸出故障時，考慮模塊故障或變壓器故障，應及時進行更換。單束電源故障時，考慮空開故障或負載有無短路、過載，用萬用表測量空開上端有電下端無電，則代表空開故障，需對其進行更換，若不能立即更換則可臨時借用相同電源的備用電源緊急供電。若負載存在短路故障，則需進一步查找處理。

2.5 UPS故障及應急措施

UPS整流器故障時會自動轉為電池逆變供電，電池電能耗盡后會自動轉為旁路供電，逆變器故障時也會自動轉為旁路供電；當UPS發(fā)生內部控制電路故障或電容擊穿等短路故障時，會導致UPS輸出中斷，所有信號設備斷電。

對此，當UPS故障自動轉旁路供電時，可加強監(jiān)控，做好應急值守，運營結束后進一步處理；當UPS發(fā)生嚴重斷電故障時需將電源屏中的UPS輸出和維修旁路開關打到旁路狀態(tài)，緊急恢復設備供電。

2.6 穩(wěn)壓器故障及應急措施

集中站穩(wěn)壓器斷電故障會導致UPS旁路電源異常報警，非集中站穩(wěn)壓器斷電故障會導致UPS電池組逆變供電，電池耗盡會導致設備斷電。對此，集中站穩(wěn)壓器斷電故障可在運營結束后進一步處理，非集中站穩(wěn)壓器斷電故障時，將電源屏中的UPS輸出和維修旁路開關打到旁路狀態(tài)，緊急恢復設備供電。

2.7 電池組故障及應急措施

隨著使用年限的增加，電池會出現(xiàn)內阻增大、漏液、鼓包以及變形等情況，帶載能力逐漸下降。當整組電池失去帶載能力時，兩路市電同時故障，UPS無法進行電池逆變供電，會導致信號設備斷電，兩路電源切換也會造成信號設備瞬間斷電重啟。

首先，加強電池巡視，發(fā)現(xiàn)漏液、鼓包以及變形電池后及時更換。其次，通過監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)電池內阻異常增大時，需對電池放電電壓進行確認。若單體放電電壓短時間內降至10.8 V以下，則說明電池失去帶載能力，需要及時更換。最后，若整組電池到達壽命周期，放電時整組電池電壓短時間內下降至放電終止電壓并轉旁路供電，則需要及時更換整組電池。

3 操作不當導致設備斷電場景及應急措施

首先，UPS工作在旁路時，兩路市電進行切換會導致設備瞬間斷電重啟，電源屏高頻開關模塊內部設計有大容量電解電容儲能器件的除外。對此，UPS轉旁路工作前應先確認供電專業(yè)有無倒電作業(yè)，供電有倒電作業(yè)時，嚴禁UPS轉旁路試驗，同時嚴禁電源屏進行I、II路轉換。

其次，維修旁路操作不當，逆變器未關閉時閉合維修旁路開關，或誤操作關閉UPS輸出空開會導致設備斷電。對此應加強培訓，熟練掌握維修旁路轉換步驟，并在轉維修旁路時嚴格按操作步驟進行，一人操作一人監(jiān)控，確保操作正確。

再次，維修旁路恢復供電時，操作過快，未等旁路正常工作后關閉維修旁路Q3BP開關會導致設備斷電。需要注意的是，維修旁路恢復旁路供電時，閉合Q2與Q5空開后，應等UPS監(jiān)控面板旁路工作指示燈與UPS輸出指示燈綠色常亮，正常工作后再關閉Q3BP開關。

最后，檢修作業(yè)或故障處理時，操作不慎導致設備短路，會導致設備斷電。因此，作業(yè)用的工器具要做好絕緣防護，正確選用測試儀表的檔位及量程，個人也要做好安全防護，穿絕緣鞋，戴絕緣手套，并且在帶電作業(yè)時身體不與機殼接觸[2]。

4 信號電源系統(tǒng)前端加裝漏電保護裝置的分析

4.1 漏電保護裝置動作原理

漏電保護裝置加裝在供電400 V電源柜內，由互感器、繼電器以及保護開關組成，對漏電流進行檢測判斷，并動作保護開關。當回路檢測到剩余電流超過設點參數(shù)值時，接通分離脫扣器斷開空開。

4.2 電路分析

供電400 V一般采用三相五線供電，N線與PE線分開設置，同時N線遠端接地。供電兩路電源經(jīng)電源屏輸入斷路器（斷A、B、C相不斷N線）及切換裝置后輸出一路給UPS供電，電源屏兩路N線短接在一起（共N）；UPS旁路供電時由市電直接供電，如果負載不均衡，三相電中性點偏移，則N線必定有電流產(chǎn)生。由于電源屏共N，供電400 V非共N，供電兩路N線都會產(chǎn)生回流，因此漏電保護裝置采集的A、B、C、N矢量和不準確，不是真正漏流值，會造成漏保裝置誤動作，切斷空開。

4.3 電源屏及UPS漏電分析

為了減少電磁干擾，電源屏模塊中加入X電容和Y電容，Y電容消除共模干擾，接地就會產(chǎn)生漏電流。不同模塊的Y電容規(guī)格不同，漏電流不同，配置在不同相線上的漏流也不相同。

零火線對地存在分布電容，分布電容的存在就可能會產(chǎn)生漏電流，下雨、陰天等特殊天氣情況時，分布電容產(chǎn)生變化，繼而產(chǎn)生的漏電流就不相同。系統(tǒng)的防雷是通過防雷組件接地，當電壓有浪涌時，也會對地產(chǎn)生大電流。

4.4 信號電源系統(tǒng)漏電影響

信號電源輸入端有電磁兼容（Electro Magnetic Compatibility，EMC）設計，其防護等級為IP20，在接地線完好的情況下，漏電流不會對人身與設備產(chǎn)生安全隱患，并且信號電源屬于專業(yè)供電設備，需要具備專業(yè)知識的人員進行操作。

鑒于電源設備本身屬于漏流設備，供電漏保采集裝置同時存在誤采集情況，而且信號電源系統(tǒng)漏流不會對后端設備和其他設備及人身安全造成影響，為避免漏保裝置動作導致信號設備斷電，建議漏保裝置只監(jiān)測不動作電路[3]。

5 全站信號設備斷電影響

（1）非集中站斷電不影響正常運營，自動轉換開關（Automatic Transfer Switching，ATS）監(jiān)視工作站無法監(jiān)控列車運行，彌散張量成像（Diffusion Tensor Imaging，DTI）無顯示。（2）CI集中站設備斷電，整個聯(lián)鎖控區(qū)灰顯，列車緊急制動，需電話閉塞法組織行車。（3）ZC設備所在聯(lián)鎖集中站設備斷電，ZC控區(qū)內所有列車緊急制動，無法CBTC模式運行，需降為后備模式運行；故障聯(lián)鎖控區(qū)灰顯，需電話閉塞法組織行車。（4）LC設備所在聯(lián)鎖集中站設備斷電，全線列車緊急制動，無法CBTC模式運行，需降為后備模式運行；故障聯(lián)鎖控區(qū)灰顯，需電話閉塞法組織行車。（5）運行控制中心（Operating Control Center，OCC）設備斷電，中央無法正常監(jiān)控列車運營，通信前置機的相關業(yè)務無法正常運行，需轉為站控組織運營；運行圖下發(fā)前斷電，中央無法正常監(jiān)控列車運營，通信前置機的相關業(yè)務無法正常運行，需轉為站控組織運營，并需要全線排列自動進路組織運營。（6）車輛段設備斷電，車輛段聯(lián)鎖控區(qū)灰顯，若兩臺網(wǎng)關計算機都在車輛段信號設備房，則車輛段斷電還會影響正線ATS與列車自動控制系統(tǒng)（Automatic Train Control，ATC）通信。一是無法與CC通信，車次窗顯示有相關報警；二是列車光帶為紫色；三是與ZC、LC無法通信，臨時限速等相關操作無法進行；四是無法實現(xiàn)跳停功能[4]。

6 提高電源系統(tǒng)穩(wěn)定的措施

（1）提高班組監(jiān)測系統(tǒng)調看分析能力，通過調看電源輸入輸出電壓、電流的日、月、年曲線來分析設備運行狀態(tài)，進行有針對性的維護保養(yǎng)。

（2）加強班組電源設備應急故障處理培訓，全員務必掌握緊急直供方法，發(fā)生斷電故障時及時恢復設備供電。

（3）提高檢修質量，按檢修要求對電源設備進行功能性試驗，確保功能正常。每季度對UPS進行淺放電（模式轉換正常），年度進行深放電，放電過程中測試電池組整體電壓及單體電壓，及時發(fā)現(xiàn)故障電池進行更換。利用年檢對電源設備進行深度清灰，減少粉塵對設備的影響。電氣特性測試后，做好記錄并通過電氣特性數(shù)據(jù)來分析設備運行狀態(tài)。

（4）加強備品、備件管理，科學分析研判設備故障，合理配置備品、備件，定期檢查，確保賬務一致。年度對關鍵電源模塊及板卡進行上電測試，確保性能良好。

（5）電池安裝的環(huán)境是決定電池壽命和性能的重要因素，保持溫度受控、通風、干燥的室內環(huán)境，電池工作對溫度的要求極高，需嚴格控制在20～30 ℃，并避免蓄電池受到陽光直射，通過環(huán)境控制提高電池的使用壽命。

（6）為了防止電源模塊、電池組、電容組等關鍵器件因工作磨損失效導致系統(tǒng)故障，對其進行定期檢查，并在其預期的壽命年限內進行更換。

（7）針對電池組空開斷開無報警，可進行智能運維改造，增加電池空開報警接點，避免電池空開斷開未被及時發(fā)現(xiàn)引發(fā)的設備斷電風險。

（8）使用單UPS供電的站點，UPS發(fā)生嚴重故障時無冗余，會導致全站設備終止供電，影響較大。因此，對信號車輛段、控制中心、設備集中站等嚴重影響行車的站點進行UPS雙母線改造，來提高安全性能[5]。

7 結 論

保障軌道交通信號電源系統(tǒng)正常運行的意義重大，相關工作人員應引起重視，尤其是對于電源屏切換系統(tǒng)、交直流模塊、UPS等容易出現(xiàn)系統(tǒng)斷電故障的環(huán)節(jié)進行重點關注，出現(xiàn)問題及時處理。