天津地铁2、3号线壁挂DTS机柜电源改造案例分析

0 引言

基于通信的列车自动控制系统（CBTC）为目前地铁信号系统的主流方向，而随着地铁的普及，信号系统的故障受到越来越多的关注。本文以天津地铁2、3号线信号DTS系统为研究对象，深入分析了该系统在运行过程中发生的电源故障，提出相应的改造方案。

1 系统概述

随着通信技术的快速发展，基于通信的列车自动控制系统逐渐取代了固定闭塞、准移动闭塞等系统，成为了目前地铁闭塞模式的主流方向。在天津地铁2、3号线项目中，数据传输系统（Data Transfer System，DTS）为信号系统提供专有的有线信息传输，为控制中心与车站之间、车站与车站之间、控制中心设备之间、车站设备之间提供信息的高速通道，确保信息的安全、可靠、及时传输[1]。

天津地铁2、3号线DTS网络采用以太网、光纤和网线相结合的方式，采用了包括快速生成树协议（Rapid Spanning Tree Protocol，RSTP）、虚拟局域网（Virtual Local Area Networks，VLAN）、虚拟路由器冗余协议（Virtual Router Redundancy Protocol，VRRP）等多项协议来保持系统的安全性和可靠性。DTS网络不用于电话、电子邮件、互联网、闭路电视、视频等，仅用于轨旁ATC相关的通信[2]。

2 系统结构、功能及接口

2.1 系统结构

天津地铁2、3号线壁挂DTS机柜中设计了两个电源模块（ADN5-24-1PM-C型），这两个电源模块同时给机柜内的两组交换机供电，从而实现电源系统的冗余性。

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上述问题易造成列车晚点及乘客投诉，对信号维护造成一定的影响。

观察组在对照组的基础上应用清热化痰法,阿奇霉素与对照组保持一致性,清热化痰法药物组成为:石膏20g、玄参10g、桑白皮10g、生地黄10g、百部8g、蜜麻黄6g、苦杏仁6g、蝉蜕6g、枇杷叶6g、甘草3g;依方抓好药物后,清水煎煮,取药剂200ml,分早晚两次服用,每天一剂,连续治疗2周。

根据历年的故障现象，几乎每次电源模块出现故障时，均会导致机柜的空开跳闸，导致机柜整体掉电，因此电源系统的冗余性并没有实现。截止到2017年底，根据故障记录，机柜中的电源模块累计发生故障总计26次。其中，2号线13次，故障率30.9%；3号线13次，故障率为25%；合计故障率高达27.6%。几乎每次故障发生时，均会导致壁挂DTS机柜的电源空开跳闸，对系统的正常运营造成影响。如：

屋中其余众人皆不通医理，听药士之言，只觉奇怪，却也想不出个所以然来。族长又问道：“除此之外呢？可有其他恙症？”

  

图1 DTS壁挂式机柜内部物理结构图Fig.1 DTS wall cabinet internal physical structure

2.2 功能

ADN5-24-1PM-C型电源模块的功能，是负责给DTS壁挂式机柜中的以太网交换机组件提供电源的支持。

2.3 接口

天津2、3号线壁挂DTS机柜中的网络通信内容涉及的设备及系统接口如下：ATS_RTU（发车指示器、广播）、门控、监视工作站、维护工作站（设备集中站、车辆段维修中心）、现地控制工作站（设备集中站）、派班工作站（停车场、车辆段、车辆段列检库）、静态调试PC（车辆段列检库）、试车线信号系统的内部网络（试车线）和激光打印机（车辆段维修中心）。

3 问题描述及分析

由于针对电源模块的功能比较单一，即电源模块负责给壁挂DTS机柜中的交换机提供电源支持。如果电源模块发生故障，则对应的交换机无法进行工作，也就无法提供信息交换功能，而所对应的所有需要传输的信息将全部受到影响。发生该类故障时，列车到站后车门打开时，屏蔽门就不能联动打开，同时，车站ATS工作就无法使用，站台也无到站广播。

具体的壁挂DTS机柜的物理构成如下：机柜中有两个以太网导轨交换机组件，每个以太网导轨交换机有一个24 V、5 A直流电源，熔丝和非熔丝接线端子，媒体模块和一个模块化的、可管理的工业以太网交换机。另外，某些站点还包含一个四端口快速以太网交换机，能够在停车场、列检库和车辆段提供无线接口。壁挂DTS机柜的内部物理结构，如图1所示。

为了保证地铁运行的安全，轨道的性能要符合相关的标准，其中，轨道的焊接过程是施工中的重要管理环节，对地铁轨道的施工质量的影响非常大。在轨道环节中有以下几点需要注意：①要选择有丰富焊接经验的焊接人员进行焊接操作，焊接要按照焊接操作流程进行操作。②采用合理的焊接方法。焊接分为多种形式的焊接，在对轨道进行焊接时，接触焊法较为符合环节标准，在焊接质量和焊接效率上有相对的优势。③在地铁轨道焊接中会出现轨道断裂等情况，焊接人员要及时的沟通，做好相应的应对措施。④加强焊接检查。在对完成都焊接工序进行仔细的检查，除了进行外观检查外，还要借助一定的设备进行检验，以保证质量达标。

“2015年9月18日13:18接报，北站ATS工作站离线，上下行屏蔽门不联动。13:30委外单位人员到现场发现壁挂DTS SW2电源模块故障，壁挂DTS空开跳闸。委外单位人员将空开合上，夜间更换壁挂DTS SW2电源模块后恢复。”

“2016年3月1日19:20接报，华苑站ATS工作站离线，上下行屏蔽门不联动。19:27委外单位人员到现场发现壁挂DTS SW2电源模块故障，壁挂DTS空开跳闸。委外单位人员将空开合上，夜间更换壁挂DTS SW2电源模块后恢复。”

天津地铁2、3号线壁挂DTS机柜中共设计了两个电源模块，但是这个两组电源模块的上口电路却共用一组空开。如果空开跳闸，两个电源模块均会失电。

壁挂DTS机柜设置在没有DTS核心机柜的车站，壁挂式DTS机柜提供无线网络设备（在相关车站或附近）和控制中心DTS核心机柜之间的链接，并为ATS-DTS系统提供链路。

1号展馆2楼则是国际品牌、独立制表师品牌和一些珠宝品牌；其他如2号展馆、3号展馆，则被视为“边角旮旯”之地，更具工业感，你会看到大量的钻石、宝石以货物的形式堆积在小小隔间里，买卖双方，都只是想搞定一些订单而已；如果不是从业者，你很难去到这些展台。

4 设备改造

基于以上分析内容，当壁挂DTS机柜中的单个电源模块故障时，仅影响冗余性，不影响系统正常使用，但同时增加了双模块同时故障的概率。对此提出了解决方案如下。

大多数慢性肾脏疾病是进行性的，原发性肾病及糖尿病、高血压、感染、自身免疫性疾病等引起的继发性肾病中都存在足细胞凋亡、肾间质纤维化和肾小管萎缩。AS-IV能保护足细胞防止其凋亡，抑制肾间质纤维化，但是关于其能防止肾小管细胞凋亡的证据则很少，需要进一步研究证实。

经了解，在庞巴迪其余项目中，壁挂DTS机柜的电源模块并未出现过如此高的故障率，经过与庞巴迪的沟通，怀疑是天津项目采用的这一批次的电源模块存在问题。

针对以上问题，将采取以下几点措施：根据庞巴迪工程师的建议，使用Phoenix QUNIT-PS/1AC/24DC/5电源模块替换现在使用的艾默生模块。在庞巴迪新项目使用的壁挂DTS机柜中均已使用此型号的模块，且天津2、3号WNRA也使用此型号的电源模块，从未发生过故障。

1)基于ACP100S直流蒸汽发生器(once-through steam generator,OTSG)最低稳定运行功率的要求，ACP100S反应堆功率控制和给水控制系统自动控制范围为20%满功率(full power,FP)～100%FP.

同时，造成此问题的原因在于，两个电源模块的上口供电电路共用了一个空开，因此对电源模块的上口供电电路进行改造，将两个电源模块的供电电路分开。壁挂DTS电源改造前后的示意图如图2所示。

  

图2 壁挂DTS电源改造前后示意图Fig.2 Before and after the wall transformation DTS power supply

  

图3 壁挂DTS机柜改造前后对比Fig.3 Before and after the conversion of the wall-mounted DTS cabinet

如图2所示，当前的电路设计，电源屏的供电进入机柜后，先经过空开和滤波器，然后接入两个电源模块。在进行修改之后，电源屏的供电进入机柜后，先经过滤波器，然后分别接入空开1和空开2，空开1只对电源模块1供电，空开2只对电源模块2供电，从而实现两个电源模块供电电路的独立。在单个电源模块故障时，只有可能导致与其相连的空开跳闸，另一个电源模块仍然可以正常工作，从而实现电源系统的冗余性。

目前，已经对天津某些地铁站中的壁挂DTS机柜进行了改造实验，从运行情况来看，效果良好，壁挂DTS机柜改造前后对比如图3所示。鉴于改造实验效果较好，对天津其他地铁站中的壁挂DTS机柜的改造项目正在逐步进行中，并计划利用两个月时间完成2、3号线壁挂DTS电源模块的改造。

5 结论

CBTC系统代表着当前世界上轨道交通列车运行控制系统的发展趋势，是近年来国际国内推荐使用的一种闭塞制式。本文通过讨论天津地铁2、3号线DTS系统在实际运营过程中发现的电源模块问题，并对此提出分析、改造方案，为信号系统的维护提供了一定的经验及借鉴。

参考文献：

[1]徐金祥，冲蕾．城市轨道交通信号基础[M]．中国铁道出版社，2010．

[2]张悦峰，梁鉴如．上海DTS系统通信中断故障分析与研究[J]．上海工程技术大学学报，2014，（12）．