高 志

（云南京建軌道交通投資建設(shè)有限公司，云南昆明 650020）

0 引言

為保證地鐵信號(hào)電源的可靠性及穩(wěn)定性，電源系統(tǒng)由不同來源的兩路電源供電，且電源系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有冗余的供電模塊，轉(zhuǎn)換成不同范圍的電源提供給負(fù)載設(shè)備。從而使電源系統(tǒng)為所有信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備提供實(shí)時(shí)可靠電源，滿足全天不間斷供電，確保信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

1 昆明地鐵4 號(hào)線信號(hào)電源系統(tǒng)組成及工作原理

昆明地鐵4 號(hào)線信號(hào)電源系統(tǒng)設(shè)備主要分布在調(diào)度控制中心、沿線軌旁、場段及試車線等設(shè)有信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)備室內(nèi)。各設(shè)備室設(shè)備類型及數(shù)量配置不同，因此各設(shè)備室電源系統(tǒng)容量配置也不一樣。以軌旁一級(jí)集中站電源系統(tǒng)為例，闡述信號(hào)電源系統(tǒng)的組成，如圖1 所示。

圖1 地鐵信號(hào)電源系統(tǒng)組成

軌旁一級(jí)集中站的信號(hào)電源系統(tǒng)主要由電源屏柜（A、B、C 三個(gè)屏及電源輸入單元）、不間斷電源（UPS）柜、穩(wěn)壓柜及蓄電池柜組成。兩路三相電源引入至電源屏輸入單元，具有自動(dòng)、手動(dòng)切換及轉(zhuǎn)換電路故障直供的功能，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)輸入從穩(wěn)壓器引入，采用工頻變壓器隔離直供的工作方式；電源監(jiān)測單元將信號(hào)電源屏、UPS、電池組及穩(wěn)壓器的信息通過RS485 傳輸?shù)奖O(jiān)測系統(tǒng)中，監(jiān)控全線聯(lián)網(wǎng)的信號(hào)電源系統(tǒng)信息。

2 電源系統(tǒng)切換在檢修維護(hù)工作中的重要性

當(dāng)電源系統(tǒng)中某一路電源或模塊故障、UPS 設(shè)備故障等，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行切換至正常設(shè)備上工作或轉(zhuǎn)為旁路工作。但是信號(hào)維護(hù)人員需定期維護(hù)電源系統(tǒng)，以保證設(shè)備正常運(yùn)行。維護(hù)時(shí)需對冗余設(shè)備進(jìn)行切換試驗(yàn)，測試冗余設(shè)備的性能質(zhì)量等。為保證電源設(shè)備的不間斷供電，需人為將電源設(shè)備切換至維修旁路，從而使UPS在不帶電的情況下進(jìn)行檢修維護(hù)作業(yè)。為保障UPS 電池的使用壽命，需定期進(jìn)行放電試驗(yàn)，需要人為切換為電池供電。因此掌握電源系統(tǒng)人工切換方法及注意事項(xiàng)，在設(shè)備維護(hù)工作中尤其重要。

3 電源系統(tǒng)主要切換操作內(nèi)容

在電源系統(tǒng)日常維護(hù)及設(shè)備故障時(shí)，需人為介入進(jìn)行手動(dòng)切換的操作主要有：①Ⅰ、Ⅱ路三相輸入電源的切換；②冗余的交流電源模塊間切換；③UPS 維修旁路與逆變器間的切換；④UPS 蓄電池充放電的切換。其中，切換頻率最高也是最容易出錯(cuò)的是UPS 維修旁路與逆變器間的切換，故本文詳細(xì)介紹該切換模式的操作程序及注意事項(xiàng)。

4 UPS 工作模式及切換方法

4.1 UPS 工作模式

UPS 是信號(hào)電源系統(tǒng)中重要的組成部分，為高可靠性的在線雙變換（AC/DC/AC）交流不間斷電源設(shè)備。該設(shè)備主要包含整流器、逆變器、輸入隔離變壓器與輸出隔離變壓器、靜態(tài)開關(guān)、靜態(tài)旁路（含斷路器）、維修旁路（含斷路器）等6 個(gè)重要功能組件，連接如圖2 所示。UPS 常用工作模式主要有以下幾種。

（1）正常運(yùn)行模式。通過整流器將交流輸入電源轉(zhuǎn)換為直流電源，再經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換成交流電源，由變壓器根據(jù)負(fù)載需求調(diào)整為不同電壓。通過隔離變壓器、整流器裝置及各種保護(hù)裝置將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，同時(shí)消除不穩(wěn)定因素、干擾電流及不穩(wěn)定頻率或波動(dòng)電壓等各種因素造成的影響。使得逆變器能夠輸出穩(wěn)定、持續(xù)、可靠電源給負(fù)載設(shè)備。

（2）備用模式。當(dāng)整流器或逆變器不能正常工作時(shí)，如整流逆變器出現(xiàn)短路、開啟失敗、溫度過高、不能匹配或者負(fù)載過大不能滿足需求等，此時(shí)整流器、逆變器將自動(dòng)停止工作，防止設(shè)備受損。在備用電源工作正常情況下，靜態(tài)開關(guān)將會(huì)自動(dòng)切換至備用的電源提供給負(fù)載。

（3）后背模式。當(dāng)輸入電源異常或整流器不能正常工作停止運(yùn)行時(shí)，由于UPS 蓄電池設(shè)備提供的直流電直接與直流設(shè)備連接，故直流系統(tǒng)立即將蓄電池直流電源輸入至逆變器，替換整流器提供的輸入電源。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫切換，轉(zhuǎn)換過程將不會(huì)影響系統(tǒng)對負(fù)載供電。

（4）維修模式。設(shè)備維護(hù)人員將定期對UPS 設(shè)備進(jìn)行維護(hù)或維修，為方便維護(hù)作業(yè)設(shè)置該模式。設(shè)備維護(hù)時(shí)將UPS 裝置切換至維修旁路模式進(jìn)行工作，該模式在切換中仍然為無縫切換。UPS 的輸出不會(huì)影響負(fù)載設(shè)備的正常工作。模式切換成功后，需切斷UPS 交流輸入斷路器、直流輸入斷路器及輸出斷路器，保證維修工作的安全，消除隱患，確保不帶電作業(yè)。

圖2 UPS 組成

4.2 UPS 維修旁路與逆變器間的切換操作程序

結(jié)合設(shè)備具體使用情況，對UPS 從正常運(yùn)行模式切換至維修旁路模式操作程序，以及從維修旁路模式切換至正常運(yùn)行模式操作程序兩種情況的操作總結(jié)如下。

4.2.1 從正常運(yùn)行模式切換至維修旁路模式操作程序

在UPS 日常維護(hù)工作中，經(jīng)常需要在設(shè)備維護(hù)工作中保證UPS 輸出正常工作不中斷，應(yīng)參照以下步驟進(jìn)行操作。

（1）使逆變器停止工作。在UPS 設(shè)備操作界面找到雙箭頭鍵和關(guān)機(jī)鍵，同時(shí)按下這兩個(gè)鍵1 s 后，逆變器將立即停止運(yùn)行。此時(shí)向負(fù)載供電的模式將通過靜態(tài)切換開關(guān)進(jìn)行切換，由靜態(tài)旁路向負(fù)載輸出供電。

（2）切斷直流輸入斷路器。

（3）切斷交流輸入斷路器。

（4）閉合維修旁路斷路器。閉合維修旁路斷路器后，由于維修旁路電阻抗不高，且低于靜態(tài)旁路。此時(shí)電流將經(jīng)過維修旁路斷路器輸出而不是經(jīng)過靜態(tài)輸入斷路器。

（5）斷開靜態(tài)旁路的輸入及輸出斷路器。在斷開靜態(tài)旁路輸入及輸出斷路器后，UPS 輸入已經(jīng)完全被切斷（維修旁路除外）。

（6）負(fù)載由維修旁路供電，UPS 設(shè)備無顯示，5 min 后，直流總線電能將釋放完畢。5 min 后可以進(jìn)行維修作業(yè)。

4.2.2 從維修旁路模式切換至正常運(yùn)行模式操作程序

對UPS 進(jìn)行檢修作業(yè)完畢后，需將UPS 恢復(fù)至正常運(yùn)行模式工作，應(yīng)參照以下步驟進(jìn)行操作。

（1）閉合旁路輸入電源靜態(tài)斷路器及輸出電源斷路器。

（2）斷開維修旁路斷路器。維修旁路斷路器如果處于閉合狀態(tài)，則逆變器不能被啟動(dòng)。由于旁路輸入電源靜態(tài)斷路器處于閉合狀態(tài)，當(dāng)維修旁路斷路器斷開之后，電源將通過靜態(tài)旁路輸出后供給負(fù)載使用。按以上方式進(jìn)行操作，保證UPS 的輸出不出現(xiàn)瞬間斷電或電壓波動(dòng)情況，不影響負(fù)載設(shè)備的正常使用。

（3）閉合交流輸入斷路器。當(dāng)閉合交流輸入斷路器后，整流器將進(jìn)入正常工作模式，當(dāng)UPS 輸入側(cè)正常，內(nèi)部直流總線電壓開始逐漸升至額定值，開始向逆變器輸出穩(wěn)定直流電源。

（4）閉合直流輸入斷路器。

（5）啟動(dòng)逆變器。在UPS 設(shè)備操作界面找到雙箭頭鍵和開機(jī)鍵，同時(shí)按下這兩個(gè)按鍵1 s 后，逆變器正常啟動(dòng)；大約4 s 后逆變器將會(huì)運(yùn)行至穩(wěn)定狀態(tài)，準(zhǔn)備向負(fù)載設(shè)備供電；逆變器運(yùn)行穩(wěn)定15 s 后，靜態(tài)切換開關(guān)將會(huì)自動(dòng)將UPS 輸出由靜態(tài)旁路輸出切換至逆變器輸出，此時(shí)UPS 將重新運(yùn)行于正常運(yùn)行模式下。

5 結(jié)束語

通過梳理電源系統(tǒng)中需要進(jìn)行人為切換的工作，對UPS 維修旁路與逆變器間的切換操作，總結(jié)出具體切換步驟和方案，掌握切換中需注意事項(xiàng)，便于做好電源系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)工作，避免電源系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)使用手動(dòng)切換時(shí)不知所措。同時(shí)當(dāng)電源故障時(shí)，能熟練切換至正常設(shè)備使用，以最短時(shí)間處理好故障，不影響行車正常運(yùn)營。