城市轨道交通信号与通信系统课件：电源系统

SUBWAY电源系统目录CONTENT信号电源系统通信电源系统UPS01020304蓄电池信号电源系统01一、信号设备对供电的基本要求1．要求电源可靠为了保证供电可靠，信号设备必须采用第一类电源。2．要求电源稳定为使电源可用，必须规定信号设备供电电压的允许波动范围及交流电源的频率波动范围。一、信号设备对供电的基本要求3．要求电源安全（1）信号设备的专用低压交、直流电源都要对地绝缘。（2）信号设备的供电种类和电压等级较多，必须分路供电，并用变压器隔离。（3）使用电缆供电时要考虑电缆芯线间的分布电容形成串电的问题，必要时应分开电缆供电。（4）一般交流电源均由架空线路供电，必须考虑防雷。（5）信号设备的保安系统如采用断路器组成，断路器的容量应经计算确定，并应满足动作的选择性及灵敏度的要求。（6）高压(交流380／220V直流100V以上)设备要隔离，以保证人身安全。二、信号智能电源屏1．信号电源屏的定义信号智能电源屏，是指运用计算机技术，具有对铁路信号电源设备系统的运行状态、运行故障、参数进行实时监测、显示、记录、存储、故障报警和管理功能的电源屏。2．信号智能电源屏的技术特征①设有监测模块。②不同程度地实现了模块化。③广泛采用电力电子技术。三、信号电源屏的基本元器件1．变压器变压器能量传递装置，将某数值的交流电压和电流变换为同频率另数值的交流电压和电流。2．电流互感器用电流互感器来扩大电流表的量限。3．交流接触器用于供电系统中，以频繁地接通和分断电路，并可实现远距离控制。三、信号电源屏的基本元器件4．断路器主要部分是具有过载、短路保护功能的脱扣器。当流过断路器的电流不大于其额定电流时，衔铁不动，移动触头和固定触头接通。过载时，流过线圈的电流大于断路器的额定电流，吸引铁心朝极靴方向移动。如果过载时间很短，铁心尚未到达极靴，过载电流即消除，铁心返回原位置。如果过载持续存在，则使断路器脱扣，移动触头和固定触头不接通。负载短路时，衔铁立即被吸引到极靴而脱扣，分断电流。四、电力电子技术电力电子技术是由电子电路高频调制对电能进行变换的技术。1．逆变技术

逆变器是把直流电转变为交流电供给负载的一种电能变换装置。2．锁相技术

锁相，就是利用两个信号的相位差，通过转换装置变成控制信号，以强迫两个信号相位同步的一种自动控制系统。3．脉宽调制技术脉宽调制（PWM）是在开关频率恒定的情况下，将整流后的输出电压的波动变换为脉冲宽度的变化，从而改变脉冲的占空比，驱动开关器件，使得输出电压稳定。四、电力电子技术电力电子技术是由电子电路高频调制对电能进行变换的技术。4．软启动技术软启动技术即软开关技术，指功率开关器件工作在零电流时关断，零电压时导通的状态。

5．功率因数校正技术功率因数校正，就是将畸变电流校正为正弦电流，并使之与电压同相位，从而使功率因数接近于1。6．直流变换器直流变换器（DC/DC变换器）包括高频变换、隔离、高频整流和平滑滤波，是开关电源的核心。四、电力电子技术电力电子技术是由电子电路高频调制对电能进行变换的技术。7．并联均流技术在由多个整流模块并联而成的电源系统中要求每个模块内部加入负载均流电路，以保证电源系统正常工作时各模块输出电流基本平衡。8．开关电源开关电源是将市电整流后，经功率变换电路，把直流电源变换成高频的交流电源，再经高频整流成低电压的直流电源。五、电源模块1．直流模块直流模块采用高频开关电源技术。交流输入电源经过模块内部高压整流、有源PFC、DC／DC、整流滤波，输出直流电源。五、电源模块2．交流模块采用高频开关技术进行交流稳压。输入端经全波整流后，采用APFC技术，使功率因数大于0.99。主电路为DC/AC逆变电路，采用SPWM技术，通过调节PWM波的脉宽，获得稳定的纯正弦交流电。输出端除LC滤波器后，尚有EMI滤波器，以充分滤除干扰电压。五、电源模块3．监控模块监控模块用于显示电源系统的状态和数据，具有故障告警和记录功能、遥测遥信功能、与后台主机和下级设备通信功能。六、信号智能电源屏举例PZDT型信号智能电源屏系统结构系统包括直流电源屏、交流电源屏1、交流电源屏2。两路输入交流电源经交流输入配电单元进入直流模块，再进入交流模块1，输出经交流输出配电单元和直流输出配电单元，给各类信号设备供电。两路输入交流电源经交流输入配电单元进入交流电源屏2，给交流转辙机供电。2．系统特点融合多种先进技术，具有高可靠、高效率、免维修，少维护等优点。六、信号智能电源屏举例PZDT型信号智能电源屏3．系统配置（1）直流电源屏直流电源屏具有两路交流输入电源的自动切换或手动切换控制和系统的输入防雷等功能，将输入的交流电源经直流模块整流为直流电输出，并且把交流电源分配给交流电源屏1的各电源模块。直流电源屏由交流输入插框、监控模块插框、电源模块插框、直流输出插框组成。六、信号智能电源屏举例PZDT型信号智能电源屏①交流输入插框交流输入插框完成两路交流输入电源切换控制和系统的输入防雷。②监控模块插框监控模块插框中安装监控模块。③电源模块插框电源模块插框中安装直流模块。④直流输出插框直流输出插框完成输入电源的转接、交流输入电流采样、系统直流电源输出和防雷。电源屏1还通过断路器接UPS的输入和输出。六、信号智能电源屏举例PZDT型信号智能电源屏(2)交流电源屏1输入交流电源从来直流电源屏引来，供出交流220V的车站远程终端单元电源、轨道电路电源、车辆和基础集中操作控制系统电源、同步环线盒电源、计算机联锁电源、ATP电源、列车识别系统电源、同步环线盒电源、接口控制模块电源、乘客向导显示牌电源、备用电源。（3）交流电源屏2交流电源屏2提供交流380V三相电源，是交流转辙机的动作电源。由交流输入插框、模块插框、交流输出插框组成。六、信号智能电源屏举例PZDT型信号智能电源屏①交流输入插框交流输入插框完成两路交流输入电源切换控制和系统的输入防雷。②电源模块插框电源模块插框中安装两块交流转辙机模块。③交流输出插框交流输出插框内有三相变压器、交流输出空气开关、端子排等，背面有空开检测板。通信电源系统02一、通信电源系统概述通信电源包括交流配电屏、直流供电系统、UPS、蓄电池组和电源集中监控等设备组成。一、通信电源系统概述通信电源系统配电根据情况一般采用两种方式。一种是由弱电综合UPS电源供电，通信专业只配置高频开关电源、交流配电盘等。一、通信电源系统概述另一种方式是由通信专业独自提供UPS设备，此时通信电源系统由UPS电源(含蓄电池)、交流配电屏(具备两路交流切换)、高频开关电源(含蓄电池)、交流配电盘等设备组成。二、交流配电屏交流配电屏主要用作交流电源的转换和配电用。交流配电屏分为带有切换功能的和不带切换装置的两种。

（1）双电源切换控制实现交流切换控制主要有三种基本方式：继电器+接触器方式、ATS控制方式和智能交流控制器+接触器方式。智能交流控制器+接触器方式的双电源切换控制包括双电源切换电路、主监控单元和交流切换单元。（2）输出电路交流配电屏从两路电源切换后的电源母线上通过断路器分别供出传输系统、专用通信系统、无线通信系统、CCTV、广播系统、时钟系统以及SCADA、公安等电源。二、交流配电屏2.交流配电屏功能（1）一次配电功能

将两路三相交流电源经过切换分配出若干输出回路，由交流1次配电供给高频开关电源和UPS电源。（2）二次配电功能

将UPS输出的三相不间断交流电分配给各用电负载。（3）检测与告警功能

可检测交流电压、电流、频率、分路状态，并可通过集中监控系统上传至集中监控网管。三、直流供电系统直流供电系统由交流配电单元、高频开关电源、直流配电单元、控制器等部分组成，一般设于控制中心、车辆段通信机房。（1）交流配电单元交流配电单元将两路三相交流电源进行切换，供高频开关电源用电。交流配电单元包括交流输入、交流输出、交流侧防雷。二、交流配电屏（2）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。高频开关电源采用高频逆变、功率因数校正、脉宽调制、软开关、自保、并联均流等电力电子技术，将交流电整流为直流电，在整流的同时进行稳压。二、交流配电屏（3）直流配电单元直流配电单元包括正负母排、转接板、直流检测板、蓄电池保护板和直流接触器，用来将开关电源输出的直流电配接到各用电负载。二、交流配电屏（4）监控系统监控模块监控整个开关电源系统并与后台通信。二、交流配电屏监控模块主要功能：

①具有RS—232／485智能通信接口，可实现远程监控。

②可检测交流电压、电流，直流电压、电流，并通过集中监控系统上传至集中监控网管。③显示界面采用全中文、菜单式。

④可设置交流电压异常门限值，对交流过压、欠压、缺相、停电等故障进行告警和保护。⑤具有完善的电池管理功能。⑥告警发生时，有声光告警信号，并通过集中监控系统上传至集中监控网管。、⑦可以储存告警记录，方便维护人员查阅和分析。UPS03一、UPS概述1．UPS的基本概念对于应用计算机的各通信信号系统，必须配备UPS，以保证不间断供电，使系统正常工作。2．UPS的功能UPS的主要功能有两路电源无间断切换、隔离干扰、电压变换、频率变换和后备功能。一、UPS概述3．UPS分类（1）后备式UPS市电正常时，市电经滤波后送给负载，同时给蓄电池充电，市电断电时，逆变器将蓄电池的直流电转换为交流电送给负载。（2）在线式UPS市电正常时，输入的交流电先经输入滤波器除电网中的污染，再经整流滤波，给蓄电池充电，也给逆变器供电。市电断电时，逆变器将蓄电池提供的直流电变换为交流电供给负载，实现不间断供电。二、在线式UPS1．在线式UPS工作原理在线式UPS由整流滤波电路、逆变器、输出变压器及滤波器、静态开关、充电电路、蓄电池组、控制监测显示告警及保护电路组成。二、在线式UPS2.在线式UPS的组成（1）输入整流滤波电路整流电路有单相不可控整流电路、单相可控整流电路、三相不可控整流电路、三相可控整流电路。滤波电路通常采用LC滤波器。（2）功率因数校正电路使电网输入电流变为与输入电压同相位的正弦波，以提高功率因数（3）蓄电池组市电正常时，蓄电池充电以贮存能量，市电中断时，蓄电池放电维持逆变器的工作。（4）充电电路UPS中，充电电路一般是独立工作的。（5）逆变器逆变器的作用是将市电整流后的直流电压或蓄电池电压变换为交流电压。在线式UPS均采用正弦脉宽调制技术，来控制逆变器的工作。三、UPS的应用（1）波峰因数的选择选用UPS时，要根据负载的总容量和负载的功率因数来确定UPS的标准容量。（2）蓄电池后备时间选择一般情况下，选择后备时间时，选取满载工作时间为10、15或30min即可。（3）集中供电、分散供电方案的选择多个负载需要UPS供电时，如负载较集中，为便于管理。蓄电池04一、阀控铅蓄电池的结构阀控铅蓄电池由正负极板、隔板、电解液、安全阀气塞、外壳等部分组成。二、铅蓄电池的工作原理1.铅蓄电池电动势的产生稀硫酸在水中被电离或氢离子(H+)和硫酸根离了(SO42-)。正极板上二氧化铅(Pb02)与稀硫酸作用，产生四价的铅离子(Pb4+)留在极板上，使正板板带正电，产生了电极电位。负极板上的海绵状铅由二价铅离子(Pb2+)和电子组成，浸入稀硫酸溶液后，铅离子进入溶液，极板上留下自由电子，使负极板带负电，也产生电极电位。三、铅蓄电池的主要特性1.电动势与端电压在开路状态下，正、负极板之间的电位差，为蓄电池的电动势。蓄电池在与外电路联接并有电流流过时，在正、负极两端测得的电压，为蓄电池的端电压。2.充电特性充电初期，充电电流主要用于极板活性物质的恢复，端电压上升很快。然后，端电压在较长时间内缓慢上升。充电末期，充电流主要用于分解水，端电压稳定在2.20～2.25V。3.放电特性端电压降到1.6V，应立即停止放电，否则会导致极板硫酸化，缩短蓄电池的寿命。三、铅蓄电池的主要特性4.充、放电率铅蓄电池放电到终了电压的速度，为蓄电池的放电率,是指蓄电池在这种放电情况下所放出容量与放电电流的比值，通常以时间表示。蓄电池充电到终了电压的速率，称为充电率,是指蓄电池在这种放电情况下所充入的电量与充电电流的比值，用时间表示。通常以10小时率为正常充电率。5.容量铅蓄电池的容量，标志着贮存