地铁信号电源系统可靠性研究-毕业(完整版)资料

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地铁信号电源系统可靠性研究--毕业（完整版）资料(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）毕业设计（论文）中文题目：地铁信号电源系统可靠性研究学习中心（函授站）：x远程教育芜湖学习中心专业：电气工程及其自动化姓名：x学号：指导教师：xx远程与继续教育学院毕业设计（论文）承诺书与版权使用授权书本人所呈交的毕业论文是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果。除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得x或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本毕业论文是本人在读期间所完成的学业的组成部分，同意学校将本论文的部分或全部内容编入有关书籍、数据库保存，并向有关学术部门和国家相关教育主管部门呈交复印件、电子文档，允许采用复制、印刷等方式将论文文本提供给读者查阅和借阅。论文作者签名：____x______ ______年_______月______日指导教师签名：_____x_______ _______年_______月______日

x毕业设计（论文）成绩评议年级层次本科专业电气工程及其自动化姓名x题目地铁信号电源系统可靠性研究指导教师评阅意见成绩评定：指导教师：年月日答辩小组意见答辩小组负责人：年月日

x毕业设计（论文）任务书本任务书下达给：15级电气工程及其自动化专业学生：x设计（论文）题目：地铁信号电源系统可靠性研究毕业设计（论文）基本内容1、x地铁1号线信号设备电源概述；2、x地铁1号线信号电源结构与原理；3、x地铁1号线信号电源系统故障和运行状态分析；4、x地铁1号线信号电源系统的可靠性指标5、结论；二、基本要求符合现行技术规范；排版严格按照要求（见模版）进行，章节，标题，目录，严格按要求（见模版）进行；格式（字形，字体，段落，行间距，页眉，页脚）严格按要求（见模版）；公式，图，表，按学校规范要求；参考文献按国家标准与学校要求；观点正确，论点明确，论述充分，文章结构合理，条理清晰，因果联系密切，推理符合逻辑。三、重点研究的问题1.x地铁1号线信号（电务）设备运行与故障分析；2.x地铁1号线信号设备的结构与工作原理；四、主要技术指标1.正文字数至少控制在12000字以上。2.分若干章，一般5章左右（见论文要求）；3.重点信号设备电源的结构和工作原理；4.电源系统的可靠性描述；5.提高电源设备可靠性的方法；五、其他要说明的问题注意时间节点。按时完成。下达任务日期：2021年7月14日要求完成日期：年月日指导教师：

开题报告题目：地铁信号电源系统可靠性研究学生姓名：x学号：x2021年06月24日一、文献综述城市轨道交通作为城市内部居民出行和通勤的一种大运量、快速、便捷的交通工具，近年来呈现蓬勃发展之势。轨道交通是一个复杂的行业分支，其中包括隧道、桥梁、建筑、结构、通信、信号等数十个专业。城市轨道交通中的信号系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备，在运营重要性和安全等级上，信号系统远高于其他弱电系统，因此其电源系统必须为信号设备提供优质、稳定且强大的供电保障，以保证信号系统安全稳定地持续运行。从信号电源系统的发展历史、城市轨道交通信号UPS的功能、城市轨道交通信号电源安全架构、城市轨道交通信号系统供电配线等方面可以了解到信号电源系统的发展、原理及其重要性，对于现有信号系统常用的供电方案及配线方式的分析了解，我们从中得到信号系统的正常运行和线路的安全运营的供电基础。城市轨道交通作为城市内部居民出行和通勤的一种大运量、快速、便捷的交通工具，近年来呈现蓬勃发展之势。城市轨道交通系统一般包括“地铁“和“轻轨“两类，大多数的城市轨道交通系统都建造于地底之下，故称为“地铁“；在国内，修建于地上或高架桥上的城市轨道交通系统通常被称为“轻轨“。轨道交通是一个复杂的行业分支，其中包括隧道、桥梁、建筑、结构、通信、信号等等数十个专业。20世纪60年代后期，电源屏是信号电气集中联锁的唯一供电装置。信号电源屏是电气集中、自动闭塞、驼峰信号没备等的供电装置，它将变压器、稳压器、整流器等组合起来，以简化施工和维修。它满足信号系统所需的可靠、稳定、安全三大基本要求，供给信号设备所需的各种电源、电源屏技术儿经改进，逐渐完善，不断发展。随着汁算机联锁的发展，为满足计算机联锁对电源的较高要求而设计计算机联锁电源屏，它的电路结构基本上与继电集中联锁用电源屏相同，只是增加了汁算机所用电源。进入2l世纪，铁路信号设备加快了现代化发展的步伐，而采用传统工频技术的信号电源屏就明显不能适应发展的需要，主要体现在供电系统日见庞大，可靠性不够高，智能化程度低。2000年智能电源屏问世了，这是信号电源技术的重大进步。智能电源屏采用微型汁算机技术，完成对电源系统的自动监测，并可远程监控；引入高频电力电子技术，对各种输入、输出单元和交、直流电源进行模块化，提高了供电质量和可靠性，实现了无维修化。随着计算机设备在铁路领域普及和应用，许多重要用电没备对供电质量提出了更高的要求，需要不问断供电，而且要求电压稳定、频率稳定、波形无畸变。于是UPS随之进入了铁路信号供电系统，与电源屏一并承担起了信号系统的计算机设备供电的重任。UPS是一种含有储能装置（蓄电池），以整流器、逆变器为主要组成部分的稳压稳频的现代化电源装置。其主要有两路电源无间断切换、隔离干扰、电压变换、频率变换和后备等功能。UPS中的蓄电池储存有一定能量，当外电网供电中断时，蓄电池能通过逆变器继续供电。城市轨道交通与国铁系统相伴发展，很多方面都沿用了国铁的技术，并在很多方面进行了大胆尝试、技术创新和突破，其中城市轨道交通的信号电源系统就是如此。本文通过对地铁信号电源系统结构及工作原理进行分析研究，结合x地铁1号线信号系统电源系统技术应用的基本情况，研究电源系统故障以及运行状态，找出电源系统故障应对办法，通过对电源系统可靠性指标的分析，提出保障电源系统可靠性的措施，这是当前城市轨道交通发展的重要工作之一，对提升地铁信号电源系统可靠性具有实际参考价值。二、选题的目的和意义城市轨道交通中的信号系统是保障列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备，在运营重要性和安全等级上，信号系统远高于其他弱电系统，因此其电源系统必须为信号设备提供优质、稳定且强大的供电保障，以保证信号系统安全稳定地持续运行。三、研究方案（框架）（一）研究方案1.研究所用的理论基础：地铁信号电源系统组成及原理；电源系统可靠性指标。2.研究方法：文献查询法；理论研究法；实证研究法。3.研究步骤：首先查阅地铁信号电源系统研究现状的相关文献；地铁信号电源系统组成及原理、电源可靠性指标理论研究；x地铁1号线信号设备电源故障及运行状态调研；可靠性指标分析及可靠性保障措施研究。4.预期成果：掌握x地铁1号线信号电源故障情况；确定x地铁1号线信号电源可靠性指标及保障措施。（二）研究框架1绪论 1.1选题背景 1.2选题的目的与意义 1.3国内外研究现状 1.4研究内容 2x地铁1号线信号设备电源概述 2.1电源系统概述及工作原理 2.2地铁信号UPS功能 2.3电源工作方式 3信号电源系统故障和运行可靠性分析 3.1信号电源系统故障 3.2电源系统运行可靠性分析 3.3电源系统故障应对办法 4信号电源系统的可靠性保证措施研究 4.1可靠性保障措施 4.1.1加强维修培训和实际操作 4.1.2完善日常监测手段 4.1.3提高外网供电可靠性 4.2故障诊断及处理 5结论 四、进度计划2021年6月18日前：确定题目，搜集相关材料，查阅有关书籍。6月27日前：分析题目，确定论文提纲和研究方案，编写开题报告，并在7月16日前按照指导教师的意见修改合格，提交到平台。7月30日前：在对文献认真分析的基础上，论题进行深入的研究和论述，提交中期报告。8月23日前：对调查结果进行汇总、分析，提出切实可行的解决对策，征求指导教师及现场工作人员意见，并认真完成论文初稿。请指导教师审阅。10月11日前：修改论文，提交完整格式论文。五、指导教师意见指导教师：年月日

中期报告题目：地铁信号电源系统可靠性研究学生姓名：x学号：x一、进展情况（1）本文首先查阅地铁信号电源系统研究现状的相关文献，调查研究了地铁1好像信号设备电源故障及运行状态，完成了前期的开题工作；（2）通过研究地铁信号电源系统相关基础理论，研究了地铁信号电源系统组成及原理、电源可靠性指标理论；（3）完成了对x地铁1号线信号设备电源故障研究，包括引入电源故障、UPS故障、电源模块故障及电源分路故障；（4）通过对各种故障进行分析，开始研究x地铁1号线信号电源系统故障应对办法，主要从增设电源视频监控、建立电源应急机制以及信号维保人员对调度的辅助三个方面着手。二、指导教师意见指导教师：年月日

结题验收一、完成日期二、完成质量三、存在问题四、结论指导教师：年月日中文摘要摘要：城市轨道交通的信号系统是保证广大乘客人身安全的重要系统。保证供电的安全性，则是重中之重电源设备的安装、调试的工作质量，对未来的使用和维护有非常大的影响的影响。本文通过对地铁信号电源系统结构及工作原理进行分析研究，结合x地铁1号线信号系统电源系统技术应用的基本情况，研究电源系统故障以及可靠性，重点研究了系统配电方式可靠性、电源系统可靠性要求、可靠性内容，找出电源系统故障应对办法，，主要包括外网供电的可靠性、完善日常监测手段，增设电源视频监控等相关措施，通过对电源系统可靠性分析，提出保障电源系统故障诊断及处理办法，这是当前城市轨道交通发展的重要工作之一，对提升地铁信号电源系统可靠性具有实际参考价值。关键词：信号系统；电源系统；可靠性ABSTRACTTitle：StudyonReliabilityofMetroSignalPowerSupplySystemABSTRACT：Thesignalsystemofurbanrailtransitisanimportantsystemtoensurethesafetyofpassengers.Ensurethesafetyofpowersupply,isthemostimportant,theinstallationofpowerequipment,debuggingqualityofwork,thefutureuseandmaintenanceofaverybigimpact.Basedontheanalysisofthestructureandworkingprincipleofthesubwaysignalpowersystem,combinedwiththebasicsituationofsignalsysteminHefeiMetroLine1powersystemtechnology,researchonpowersystemfaultandreliability,focusingonthedistributionsystemreliability,powersystemreliabilityrequirements,reliability,powersystemfaulttofindwaystodealwith,includingexternalpowersupplyreliability,improvethedailymonitoring,videosurveillanceandothermeasuresrelatedtoadditionalpowersupply,throughtheanalysisofpowersystemreliability,thefaultdiagnosisandtreatmentmethodstoguaranteethepowersupplysystem,whichisoneoftheimportantworkofthecityrailtransitdevelopment,haspracticalreferencevalueforthepromotionofthesubwaysignalpowersystemreliability.Keywords:。KEYWORDS：Signalsystem；PowersupplySystem；Reliability目录中文摘要 iABSTRACT ii1绪论 11.1选题背景 11.2选题的目的与意义 11.3国内外研究现状 1国内研究现状 1国外研究现状 31.4研究内容 32x地铁1号线信号设备电源概述 52.1电源系统概述及工作原理 5电源系统概述 5工作原理 62.2地铁信号UPS功能 82.3电源工作方式 10后备式 10互动式 10双变换式 113信号电源系统故障和运行可靠性分析 123.1信号电源系统故障 12引入电源故障 12故障 12电源模块故障 13电源分路故障 133.2电源系统运行可靠性分析 13系统配电 13电源系统可靠性要求分析 16电源可靠性内容 183.3电源系统故障应对办法 19增设电源视频监控 19建立电源应急机制 19信号维保人员对调度的辅助 194信号电源系统的可靠性保证措施研究 204.1可靠性保障措施 204.1.1加强维修培训和实际操作 204.1.2完善日常监测手段 204.1.3提高外网供电可靠性 204.2故障诊断及处理 225结论 25参考文献 261绪论1.1选题背景城市轨道交通作为城市内部居民出行和通勤的一种大运量、快速、便捷的交通工具，近年来呈现蓬勃发展之势。轨道交通是一个复杂的行业分支，其中包括隧道、桥梁、建筑、结构、通信、信号等数十个专业[1]。城市轨道交通中的信号系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备，在运营重要性和安全等级上，信号系统远高于其他弱电系统，因此其电源系统必须为信号设备提供优质、稳定且强大的供电保障，以保证信号系统安全稳定地持续运行。从信号电源系统的发展历史、城市轨道交通信号UPS的功能、城市轨道交通信号电源安全架构、城市轨道交通信号系统供电配线等方面可以了解到信号电源系统的发展、原理及其重要性，对于现有信号系统常用的供电方案及配线方式的分析了解，我们从中得到信号系统的正常运行和线路的安全运营的供电基础。1.2选题的目的与意义城市轨道交通中的信号系统是保障列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备，在运营重要性和安全等级上，信号系统远高于其他弱电系统，因此其电源系统必须为信号设备提供优质、稳定且强大的供电保障，以保证信号系统安全稳定地持续运行。1.3国内外研究现状 城市轨道交通作为城市内部居民出行和通勤的一种大运量、快速、便捷的交通工具，近年来呈现蓬勃发展之势。城市轨道交通系统一般包括“地铁”和“轻轨”两类，大多数的城市轨道交通系统都建造于地底之下，故称为“地铁”；在国内，修建于地上或高架桥上的城市轨道交通系统通常被称为“轻轨”[2]。轨道交通是一个复杂的行业分支，其中包括隧道、桥梁、建筑、结构、通信、信号等等数十个专业。20世纪60年代后期，电源屏是信号电气集中联锁的唯一供电装置。信号电源屏是电气集中、自动闭塞、驼峰信号没备等的供电装置，它将变压器、稳压器、整流器等组合起来，以简化施工和维修[3]。它满足信号系统所需的可靠、稳定、安全三大基本要求，供给信号设备所需的各种电源、电源屏技术儿经改进，逐渐完善，不断发展。随着汁算机联锁的发展，为满足计算机联锁对电源的较高要求而设计计算机联锁电源屏，它的电路结构基本上与继电集中联锁用电源屏相同，只是增加了汁算机所用电源。进入2l世纪，铁路信号设备加快了现代化发展的步伐，而采用传统工频技术的信号电源屏就明显不能适应发展的需要，主要体现在供电系统日见庞大，可靠性不够高，智能化程度低[4]。2000年智能电源屏问世了，这是信号电源技术的重大进步。智能电源屏采用微型汁算机技术，完成对电源系统的自动监测，并可远程监控；引入高频电力电子技术，对各种输入、输出单元和交、直流电源进行模块化，提高了供电质量和可靠性，实现了无维修化[5]。随着计算机设备在铁路领域普及和应用，许多重要用电没备对供电质量提出了更高的要求，需要不问断供电，而且要求电压稳定、频率稳定、波形无畸变。于是UPS随之进入了铁路信号供电系统，与电源屏一并承担起了信号系统的计算机设备供电的重任。UPS是一种含有储能装置（蓄电池），以整流器、逆变器为主要组成部分的稳压稳频的现代化电源装置。其主要有两路电源无间断切换、隔离干扰、电压变换、频率变换和后备等功能[6]。UPS中的蓄电池储存有一定能量，当外电网供电中断时，蓄电池能通过逆变器继续供电。城市轨道交通与国铁系统相伴发展，很多方面都沿用了国铁的技术，并在很多方面进行了大胆尝试、技术创新和突破，其中城市轨道交通的信号电源系统就是如此。我国铁路信号设备获得了较为快速的发展，在这种情况下，以往通过工频技术应用的电源屏已经不能够对现今环境下的使用要求进行满足，供电系统逐渐出现了可靠性、智能化程度较低的情况。在此情况下，智能电源屏出现了，其通过计算机技术的应用能够较好的对远程监控以及电源系统自动监测等功能进行实现，并通过高频电力技术的应用对系统输入、输出单元实现了模块化，在此过程中获得了更高的供电可靠性以及供电质量[7]。在越来越多新设备、新技术应用在铁路领域的情况下，很多供电设备对于供电质量以及供电稳定性也具有了更高的要求，不仅需要能够具有稳定的电压以及频率，还需要保证供电的不间断性。在这种情况下，UPS技术得到了引入，同电源屏一起成为了轨道交通信号系统建设的重要内容。UPS是一种含有储能装置，以整流器、逆变器为主要组成部分的稳压稳频的现代化电源装置。具有隔离干扰、频率变换以及无间断切换等功能，非常适合应用在现今的城市轨道交通建设当中。同时，UPS及其配套使用的蓄电池，能够在日常供电的同时储备电能，如果外网供电出现了故障或者中断的情况，则会通过逆变器的方式继续提供电力[8]。不间断电源的性能的优劣由功率器件决定。良好的静态和动态特性是一支理想功率器件必须具备的条件：在静态状态下，功率管能承受高压；当动态状态下，功率管流过电流小，并且管子压降也小，开关转换时间极短，能承受电流电压的突变，并且具备全控的功能[9]。国外市场，相对传统三相大功率UPS晶闸管整流技术，目前一般采用12相甚至24相整流技术。随着大容量全控型半导体器件的发展，近年来广泛采用IGBT高频整流技术，辅助各种新型数字化的控制方法，功率因数可以达到0.99以上，谐波含量小于3%，达到真正的绿色电源[10]。1.4研究内容本文首先查阅地铁信号电源系统研究现状的相关文献，调查研究了地铁1好像信号设备电源故障及运行状态，完成了前期的开题工作；（2）通过研究地铁信号电源系统相关基础理论，研究了地铁信号电源系统组成及原理、电源可靠性指标理论；（3）完成了对x地铁1号线信号设备电源故障研究，包括引入电源故障、UPS故障、电源模块故障及电源分路故障；（4）通过对各种故障进行分析，开始研究x地铁1号线信号电源系统故障应对办法，主要从增设电源视频监控、建立电源应急机制以及信号维保人员对调度的辅助三个方面着手。城市轨道交通中的信号系统是保障列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备，根据以上研究思路，本论文共分为六章。第一章简要介绍选题背景、选题目的和意义、国内外的研究现状、论文的研究思路和方法。第二章分析了通过研究地铁信号电源系统相关基础理论，研究了地铁信号电源系统组成及原理、电源可靠性指标理论。第三章x地铁1号线信号设备电源故障研究，包括引入电源故障、UPS故障、电源模块故障及电源分路故障。第四章通过对各种故障进行分析，开始研究x地铁1号线信号电源系统故障应对办法，主要从增设电源视频监控、建立电源应急机制以及信号维保人员对调度的辅助三个方面着手。第五章对全文做了总结。2x地铁1号线信号设备电源概述2.1电源系统概述及工作原理电源系统概述电源系统主要由电源屏、UPS稳压器、蓄电池构成。其中电源屏的主要功能性结构包括输人切换单元、整流模块、隔离变压器。电源屏的作用是对外电网输人的两路电进行选择，选择其中一路为工作电源，另一路为备用电源。若工作电源出现断向、错向、电压偏高、电压偏低和断电等间题时，系统会自动识别并在毫秒级的时间内断掉此路电源并转换到备用电源[11]。由于在下级设备的电源模块中设有大的放电电容，所以切换时掉电不会影响到负载的正常工作。电源经过交流切换器后将通过电源屏内的汇流排平均输送给各个电源模块。模块有各种类型，每种信号电源屏的模块会输出不同类型的电源。对于输出的交流电源，电源屏用隔离变压器对其进行对地隔离以保证人身安全。对于输向室外设备的电源，在电源屏内部并接防雷设备。为防止由于某个电源模块故障导致此路负载断电，电源屏针对交流电和直流电有不同预防方法:交流电源:装配足够给负载供电的交流模块后，针对1个或2个模块，还再配有1个备用模块作为热备，系统会自动切换热备模块供电，当主用模块恢复正常时，系统会切换主用模块作为输出模块。直流电源:直流模块采用“N+M”（MN/3）冗余备份。同一种电源所有的直流模块同时启用供电，各个模块将输出汇集在特定的汇流排上。同样类型的负载再从此汇流排上取电。若同类型的某个直流模块故障，剩余的直流模块的负载率会上升，但输出功率不会改变，从而保证不间断供电。电源屏的空开:电源屏的空开大致有3种:热磁脱扣、负荷式开关、液压空开。热磁脱扣主要应用在主路输人、UPS输人、UPS输出和旁路输出；负荷式开关主要应用于电源屏的切换装置手动旁路、手动旁路工和手动旁路II上；液压空开主要应用于电源模块、电源输出等。一般信号系统有两路可靠的电源[12]：主电源和副电源主、副电源引至信号设备房，要能够自动和手动互相切换，经过稳压、与地隔离和调制后，向信号系统各种设备供电。信号电源系统由信号电源屏（包括输入切换单元和监控单元），UPS及蓄电池组成。信号电源系统输出分为直流电源部分和交流电源部分，输出端有过流（压）保护单元DVP，继电器监测设备ELD等保护监控单元，保证信号设备供电安全直流电源部分主要为信号设备提供DC24V，DC60V，DC110V电源〔由直流电源模块提供电源输出，所有的直流电源模块采用热备冗余方式运行、交流电源部分主要为信号设备提供AC110V，AC220V，AC380电源、AC110V，AC220V经UPS稳压后输出，供电回路采用隔离变压器输出、交流转辙机电源AC380V由外部两路电源自动切换后，经隔离变压器单独输出，不通过在线式UPS。UPS对各类信号设备、外围设备及终端计算机的统一供电，当外电源切断时，UPS及配套蓄电池向负载设备提供30min的不间断电源。（1）单机UPS旁路稳压器方案（三相、带两路切换）如图2-1所示为单机UPS旁路稳压器方案（三相、带两路切换）图2-1单机UPS旁路稳压器方案（三相、带两路切换）两路三相电源引入，输入总配电具有自动、手动切换及转换电路故障直供功能（两路）；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；交流转辙机采用工频变压器隔离直供的工作方式；中心监测单元将信号电源屏、UPS、电池组及稳压器的信息通过RS485传输到微机监测系统中或通过RJ45与电源监测系统组网通讯，对全线联网的信号电源系统信息进行监控。应用于x地铁1号线设备集中站、控制中心、试车线、车辆段、停车场。（2）三相、一路电源输入稳压器方案如图2-2所示为单机UPS旁路稳压器方案（三相、一路电源输入）图2-2单机UPS旁路稳压器方案（三相、一路电源输入）一路三相电源输入后给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；交流转辙机采用工频变压器隔离直供的工作方式；中心监测单元将信号电源屏、UPS、电池组及稳压器的信息通过RS485传输到微机监测系统中，对全线联网的信号电源系统信息进行监控。应用于x地铁1号线培训中心。（3）单相、一路电源输入稳压器方案如图2-3所示为单机UPS旁路稳压器方案（单相、一路电源输入）图2-3单机UPS旁路稳压器方案（单相、一路电源输入）一路单相电源输入后给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；中心监测单元将信号电源屏、UPS、电池组及稳压器的信息通过RS485传输到微机监测系统中，对全线联网的信号电源系统信息进行监控。应用于x地铁1号线维修中心。（4）单相、带两路切换稳压器方案如图2-4所示为双UPS带稳压器方案（单相、带两路切换）图2-4双UPS带稳压器方案（单相、带两路切换）两路单相电源引入，输入总配电具有自动、手动切换及转换电路故障直供功能（两路）；两路电源切换后选择一路给分别给UPS1和稳压器1及UPS2和稳压器2供电，稳压器设置在UPS前级，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；中心监测单元将信号电源屏、UPS、电池组及稳压器的信息通过RS485传输到微机监测系统中，对全线联网的信号电源系统信息进行监控。应用于x地铁1号线非设备集中站。2.2地铁信号UPS功能UPS（UninterruptiblePowerSystem）是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频不问断电源。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流稳压器，同时它还向蓄电池充电；当市电中断时，UPS立即将蓄电池的电能通过逆变转换向负载持续供电，使得负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏[13]。其工作原理如图2-5所示：图2-5UPS工作原理在城市轨道交通信号系统中，UPS主要确保信号系统在瞬间停电或两路电源切换过程中能够正常工作；在外电网两路电源供电中断情况下，UPS电源系统能够保持信号系统在一定时间内正常工作，调度员能够在这段时间内通过列车调度控制设备将列车指挥运营到安全区域，存储重要运营数据，为下次来电尽快复原创造条件，不致造成系统内部运营数据瞬间丢失，造成运营混乱。由于信号系统的重要性，因此信号系统的UPS会冗余设计，如图2-6所示。当其中任意一个UPS出现故障时，系统都能自动无缝切换到另外一台UPS给设备供电，保障信号设备供电的延续性。（信号设备A类表示能双路输入，一般为直流负载；B类表示不能双路输入，一般为交流负载）。图2-6UPS信号设备供电的延续性原理2.3电源工作方式后备式UPS（如图2-7）价格便宜，适用性不强，通过滤波电路、电池充电及逆变电路三方面组成的功率变换回路具有这样的特点：UPS在市电正常的情况下进行工作，一边为设备进行供电，一边给电池充电。在电池电量满格时充电回路停止工作。当市电停止供电的时候，电池电流开始回流，通过逆流电路进行供电。后背式UPS在市电停止供电时会有瞬间停电的现象发生，这种停电不会给计算机的正常运行带来影响，但对于维系高级装置的运行，后背式UPS是望尘莫及的[14]。图2-7后备式UPS框图互动式UPS（如图2-8）的运行模式是，当电流在220V左右时，通过变压器输电给负载；当电流增高，但未超出279V时，通过继电器协助变压器进行供电；当市电过高或过低时，系统将会自动开启逆变器进行向负载供电[15]。在供电的过程中，电池也在进行充电，当市电发生故障时，将通过电流逆变向负载进行供电。虽然这种方式的切换时间比后背式短的多，但由于市电故障后对负载进行交流电供应，对于要求过高的设备不宜使用。图2-8互动式UPS框图双变换式UPS（如图2-9）的运行模式是市电一边对电池进行充电，另一方面经过逆变器给设备进行供电。当市电出现故障时，电池内的电流将会以无切换时间的条件向设备供电[16]。当市电恢复工作，电池停止向逆变器供电，继续正常模，将电池消损的电流补满。图2-9双变换式UPS框图3信号电源系统故障和运行可靠性分析3.1信号电源系统故障轨道交通线路，一般由高架或者地下线路组成，数据传输系统保证在线路范围内车-地通信的畅通、及时，保证系统通信的稳定性和可靠性。引入电源故障，可以分为2类：（1）一级负荷引入电源屏的部分故障；（2）UPS电源输出到电源屏的故障。这类故障多由连接线缆的接头松动造成，个别情况下是由线缆断裂造成。此类故障一旦酿成，信号设备将全部或部分失电，对运营的危害较大。UPS电源系统由4部分组成：整流器、电池组、逆变器和开关控制。整流器件采用可控硅或高频开关整流器，具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能。逆变器具有恒压输出功能，当外电发生变化时（该变化应满足系统要求），输出幅度基本不变。净化功能由储能电池来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲，储能电池除可存储直流直能外，对整流器来说就像接了一只大容量电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。图3-1UPS工作原理图图3-1为UPS工作原理示意图。断路器K1控制主路交流电源输入；整流器将交流电源变成直流电源；逆变器进行DC/AC变换，将整流器和蓄电池提供的直流电源变换成交流电源输出；蓄电池组在交流停电时通过逆变器向负载供电。输入电源也可以通过旁路静态开关从旁路回路向负载供电。另外，在对负载供电不间断情况下而对UPS内部进行维修时，可使用维修旁路开关K3。现在通用的智能电源屏，其电源输出都采用模块化输出，电源可以从一个模块输出，也可以由一个模块输出多路电源。电源模块故障后，由该模块提供的相关电源将被切断。电源模块化智能化的实施，提高了电源的可靠性，一旦模块出现故障，故障的判断和定位都相当准确，直接更换对应的模块即可。若电源只是某一分路故障，首先检查分路的上下级开关，同时检查连接线缆的完好性。分路故障，也可能是该分路所在模块产生的故障。3.2电源系统运行可靠性分析（1）系统总输入配电外电网I、II路电源经过QF1、QF2及KM1和KM2后选择一路对电源屏进行供电，KM1和KM2由系统两路输入切换控制板进行控制，KM1和KM2输出端接至系统过渡端子（13D-11～14）上，同时外电网I路电源经I路直供空开QF3，外电网II路电源经II路直供空开QF4后也接至系统过渡端子（13D-11～14）上。电源屏系统结构上设有互锁装置，保证QF1、QF2与QF3和QF4不能同时闭合。图3-2系统总输入配电QF1、QF2、QF3、QF4在系统不同输入时的状态见表2-1：表3-1QF1、QF2、QF3、QF4空开状态功能QF1QF3QF4QF2正常供电闭合断开断开闭合Ⅰ路直供断开闭合断开断开Ⅱ路直供断开断开闭合断开系统与控制台接口示意图见图2-2，系统由I路供电时，通过接线端子1D-60向控制台提供I路工作状态；系统由II路供电时，通过接线端子1D-61向控制台提供II路工作状态；系统发生故障时，通过接线端子1D-62向控制台提供电源系统故障状态。图3-3电源屏与控制台接口图如图3-4中所示，机柜前门上安装有指示灯、蜂鸣器及系统两路输入切换控制板，HL1——“I路有电“红色指示灯，I路输入正常时点亮；HL2——“I路工作“绿色指示灯，I路主用，II路备用时点亮；HL3——“II路有电“红色指示灯，II路输入正常时点亮；HL4——“II路工作“绿色指示灯，II路主用，I路备用时点亮；HAU1——“故障报警蜂鸣器“，当系统故障时发出声光报警；SB1——“预警/消音开关”可对HAU1进行消音操作；PDB——“系统两路输入切换控制板“负责采集I、II路电源的状态并进行过欠压、缺相、相序判断，通过控制接触器KM1和KM2来实现两路切换。图3-4电源屏输入指示灯及两路输入切换控制板接线图（2）UPS及稳压器配电如图3-5中所示，电源屏上设置有UPS输入开关（QS1），UPS输出开关（QS5），同时设置有UPS维修旁路开关（QS7），当UPS出现故障时，可将UPS输出开关（QS5）断开后，闭合UPS维修旁路开关（QS7），通过稳压器，维持稳压供电，UPS输出开关与UPS维修旁路开关设有机械互锁。图3-5UPS及稳压器配电接线图（1）自动闭塞线路对外部电源的要求行车信号用电由自动闭塞供电专用线路提供电源，从理论而言，信号供电中断时间不能超过150ms，否则，将会导致所有供电区间的自动闭塞信号灯变为红灯，影响铁路的正常运输。为了保证供电可靠性，铁路供（水）电段均设立自动闭塞（简称自闭）配电所，当自闭变电所独立设置时，外部电源为单独引进的独立电源。当自动闭塞配电所和贯通配电所合建时，电源可由贯通配电所的10kV母线上引来。不论是哪种配电所都应保证上、下行方向两相邻自闭配电所的电源是互为独立的电源。除通过采用双电源供电外，为确保行车信号用电的可靠性，自闭馈线的控制断路器应装设一次自动重合闸装置（ARD）或备用电源自动投入装置（APD），从二次设备的角度提高连接的可靠性。相邻的两个自闭配电所，一为主供所，正常运行时主供所自闭馈线的断路器闭合，由主供所向自闭馈线供电，主供所自闭馈线断路器装设一次自动重合闸装置（ARD）；另一配电所为备供所，正常运行时备供所的自闭馈出线断路器断开，处于备用状态。当主供所因故或检修停电时，主供所自闭馈线断路器自动跳开，备供所的自闭馈线断路器在（APD）的作用下自动合闸，由备供所向自闭线路供电。自闭馈线供电系统如3-6所示。图3-6自闭馈线供电系统示意图（2）行车信号设备对电压水平的要求行车信号设备除要求不间断供电外，同时要求自动闭塞信号变压器的二次端子（220V侧）的电压偏差值不超过额定电压的士10%，以保证行车信号灯的亮度和显示的准确性。一般采用在10kV侧装设1：1的有载调压（变压）器，这种被称为高压控制调压方式的自动闭塞配电所，在我国铁道供电系统中得到广泛采用，图3-7是其接线图。从电力系统的角度看，铁路负荷属于终端负荷，所以铁路供电系统中绝大多数为10kV配电所，只有在极个别的地方，存在有110kV的配电所。从配电所引出的自动闭塞馈线的额定电压是10kV，因而它的主接线与一般配电所10kV侧主接线方式基本相同。自闭母线与工作母线应分别各设1组电压互感器和避雷器，两段母线经1台1：1的调压变压器连通。母线短接隔离开关1QS是当调压器因故退出运行时，合上1QS由工作母线直接向自闭母线供电。图3-7高压控制调压的自闭配电所接线图内容（1）电源可靠性信号系统电源可靠性不足是故障发生的直接原因。其UPS采用ITA型（6kVA），为单总线单UPS配置，未配置冗余UPS。信号系统电源屏监控单元为单套电源供电，可靠性低。当电源屏监控单元发生故障时，难以实现对信号系统及时有效监控。仅在小营指挥中心、万柳车辆段配置了监控终端，当这2处监控终端出现故障时，将导致监控失效。信号系统由1套外电源供电，当外电源出现异常波动时，将导致信号系统电源异常，进而造成故障，影响行车。（2）网络结构可靠性网络结构可靠性不足是故障影响扩大的根本原因。地铁10号线的信号系统网络结构为总线网络结构，任何一路网络故障或断电时，系统仍可正常工作；但如果双通道网络设备电源均断电时，则信号系统网络中会出现断点，2个断点之间（系统设定的断点除外）所有站的信号系统将与骨干网络失去联系。2021年10月23日，1个非集中站（丰台站）单点的故障，引发了多个联锁区轨旁ATP和ATS数据传输中断，导致了15个站、14个区间列车降级运行。表明：总线网络结构可靠性不足，单个站的信号设备供电故障将造成较大的影响。3.3电源系统故障应对办法在信号设备室或者信号电源室，安装视频监控，方便电源故障时设备状态的判定。一般来说，目前运用在城市轨道交通的电源都具有电源监测系统，可对设备的电源参数、设备状态进行实时监测，但增加视频监控可以作为对电源设备及系统设备的全程监视，为设备运转及维修决策提供依据，同时也可以对设备的人为误动起到一定的监视作用。信号系统电源设备故障影响的范围是区域性的，对正常行车危害极大。为保证行车安全，从设备的可靠性入手，已经做了大量卓有成效的工作，但设备故障的应急处理，仍然是日常维修保障的重要环节。为此，在维修保障队伍中，针对电源故障，建立高效准确的维修队伍，势在必行。毕竟电源故障，不同于其他故障，引起区域性行车中断会造成经济损失，影响正常交通出行，这些情况非常关键。按照信号系统的特点，设备集中站故障，会使3～5个车站信号设备停止工作；非设备集中站故障，影响本站及相关区间设备的供电。发生区域性供电故障，影响信号设备非正常工作时，信号维保的高级技术人员，此时应进入调度中心，从设备运用的特点、影响范围、故障涉及的安全因素出发，为调度员及调度主任提供决策参考，确保设备非正常运转或者设备停止工作的情况下，线上运营的安全。4信号电源系统的可靠性保证措施研究4.1可靠性保障措施4.1.1加强维修培训和实际操作随着信息技术和计算机通信技术的快速发展，电源设备的可靠性大大提高，为日常的设备维修、设备运转都打下了坚实的基础。同时，设备的自动化程度高、运行状态稳定，以前由人来完成的工作，现在由计算机来完成，因此长期以来，人们都对设备的应急处置觉得非常棘手和应对茫然。在设备正常运行过程中，在保障系统正常运营的基础上，需要加强实际维修的能力，定制故障场景，有针对性地进行维修培训和实际操作，达到故障时快速决策、准确判断、立即到位的效果，最大限度地缩短维修时间，保障运营。4.1.2完善日常监测手段从监测手段来说，目前电源监测一般是联网后实现在中心监测。监测起到的作用和效果主要是事后分析，而在平时的工作中电源的状态被关心较少。一方面，监测机在中心，大家关心不到；另一方面，常规报警信息多，致命报警一般较少，这样一来，导致监测在日常工作中成为了可有可无的一项功能。对此采取如下的完善手段：（1）将电源监测功能集成到控制中心的调度员工作站、车站值班员工作站，扩大电源监测的人群，共同对管辖范围内的电源信息进行有效反馈；（2）周期性分析电源监测的数据，对一个周期内的电源数据进行实测和抽检，对数据进行分析后作出阶段性评价，并归纳今后维修电源的应对策略。4.1.3提高外网供电可靠性地铁1号线各个站及小营控制中心的信号电源屏均增加1套应急供电系统。该系统为热备模式，当UPS或电源屏交、直流输出支路电源断电时，可自动切换至应急供电系统。增设应急供电系统示意图，如图4-1所示。图4-1增设应急供电系统示意图应急供电系统输入采用2路独立输入电源，从既有配电箱下口引入。经应急供电系统输入切换装置后，2路输入给应急供电系统交、直流模块供电。应急供电系统直流支路输出端加防反灌装置后，与既有信号电源屏直流支路并联输出，可做到无缝切换。应急供电系统交流支路与既有信号电源屏交流支路，通过互锁切换装置转换后输出。其中，既有电源屏输出支路为主用，应急供电系统输出支路为备用。主用断电后，主转备时间小于60ms；主用供电恢复后，备转主时间小于10ms。应急供电系统设有独立的监控系统，可对应急供电系统的输入、输出状态以及模块工作状态进行监控，并通过通用协议将数据上传。本方案增设的应急供电系统，具有如下特点。（1）对既有电源屏所有输出支路都单独提供应急供电支路，可实现对既有信号电源屏所有输出支路的应急供电。（2）输入接线方式绕开既有信号供电系统的故障点（UPS或信号电源屏），既有信号系统电源故障不再影响应急供电系统正常运行。（3）在负载设备不断电情况下，可实现既有信号电源屏的断电维护。（4）现场施工无需改动既有设备，仅需将既有电源屏输出线和负载线引入应急供电系统即可。4.2故障诊断及处理随着轨道交通的不断普及，电源设备的数量也越来越多，设备质量的可靠性和维护水平的高低将决定着他们能够长期稳定的运行，是否能够真正适应现代轨道交通发展的需要。由于电源设备生产流程的复杂性，还有电器设备寿命局限性以及现场设备面对情况的多变性，电源设备在运行以后出现的各种故障从目前来看还是很难避免的。怎样在出现各式各样的问题以后，良好的解决它们，并且今后避免它们的产生，一直都是一个值得不断研究的问题从设备故障分类来看，可以有多种角度来分析。从故障严重性质角度来看一般故障分普通常见故障（不影响输出）、紧急故障（影响输出或存在潜在危险，但是能恢复，可能影响行车）、严重故障（影响输出，短期不能恢复，影响行车，可能形成事故）。针对x地铁1号线出现的电源系统故障，为提升设备可靠性，特针对电源屏相关故障问题制定了诊断及处理措施，如表4-1所示，表4-1故障诊断及处理序号故障现象故障原因故障处理1Ⅰ、Ⅱ路电网正常，但输