冗余环网轨道交通论文

摘要：本文通过对城市轨道交通自动售检票系统中各类网络故障的详细分析，从中挖掘出具有较高针对性且能够对各类网络故障进行高效分析与处理的措施，从而为我国城市轨道交通AFC网络故障的分析以及诊断工作，提供主要依据。今天小编给大家找来了《冗余环网轨道交通论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

冗余环网轨道交通论文 篇1：

比亚迪胶轮有轨电车供电方案研究

摘   要：本文介绍了小运量轨道交通制式比亚迪胶轮有轨电车的供电特点，深入分析了传统轨道交通常用的各种供电方式。结合胶轮有轨电车小运量、动力电池牵引供电等特性，对胶轮有轨电车用电负荷、中压电源的环网形式、变电所的电气接线、变电所设备选型、平面布置及系统接地方式等项目进行了深入研究，在保证合理的可靠性基础上，尽可能选取系统简单、建设费用少、运营成本低的供电方案。为我国小运量轨道交通制式供电方案的选择提供了参考。

关键词：比亚迪  胶轮有轨电车  供电方案  中压网络  变电所

1  工作背景

我国现有城市轨道交通系统常用供电方式主要有集中式供电、分散式供电和混合式供电三种，中压供电网络主要有双环网和单环网形式。地铁、有轨电车和跨座式单轨等大、中运量轨道交通多采用集中式双环网供电方式。

比亚迪胶轮有轨电车作为一种小运量的新型轨道交通制式，全程采用动力电池牵引供电，仅在综合车场、停车线和存车线设置充电装置。正线各车站设置降压变电所，为动力照明、通信信号、FAS、BAS、站台门、AFC、变电设备自用电源、检修电源及电梯等電力设备提供低压电源。车站的用电设备较少，且低压用电负荷的容量较低，牵引供电和低压配电的需求和目前地铁、跨座式单轨等交通制式完全不同。

现胶轮有轨电车交通工程项目设计中，设计院仍沿用地铁和单轨等传统轨道交通供电方案，供电系统设计冗余大、造价高，不适合胶轮有轨电车等小运量轨道交通制式，迫切需要开展胶轮有轨电车供电方案的研究。

2  研究目的

对各种传统供电方案进行深入研究，结合胶轮有轨电车小运量、动力电池牵引供电等特性，在保证合理的供电可靠性基础上，尽可能选取系统简单、建设费用少、运营成本低、技术可行、经济实用的供电方案。作为胶轮有轨电车交通工程的标准化设计，用于项目的初步设计和施工图设计等。

3  研究内容

研究内容主要包括用电负荷分析、电源选择、中压电源的环网供电形式、变电所的电气主接线、变电所设备选型、设备平面布置及系统接地方式等。

4  技术现状

4.1  传统供电方式

国内外传统轨道交通采用的供电方式主要有集中式供电、分散式供电和混合式供电。（1）集中式供电，是在城市轨道交通沿线，建设专用的主变电所，进线一般为110kV，降压至35kV或10kV，供给牵引变电所和降压变电所。集中式供电有利于轨道交通供电系统形成独立体系，方便于管理和运营。目前，上海地铁、广州地铁、深圳地铁、南京地铁、香港地铁、德黑兰地铁等普遍使用集中式双环网供电方式。（2）分散式供电，是在轨道交通沿线引入城市电网中多路电源形成供电系统，一般采用的电压等级为中压10kV（或20kV/35kV）。目前，国内北京地铁5号线、大连轻轨、沈阳地铁、北京八通线、北京城铁、长春地铁等轨道交通采用的是分散式双环网供电。（3）混合式供电，即结合集中式和分散式供电，一般由集中式供电为主，特殊区段引入城市电网中压电源作为补充。青岛地铁南北线、武汉轨道交通、北京地铁一线和环线等轨道交通使用的是混合式双环网供电。

4.2  城市电网

国家能源局、中国电力企业联合会发布的《2017年全国电力可靠性年度报告》显示，南方电网公司供电可靠率为99.818%，中压用户平均停电时间（中压）15.96h/户，佛山、中山、珠海、深圳等地方供电局供电可靠性超过99.99%，用户年平均停电时间仅5min，达到世界一流水平[1]。

4.3  胶轮有轨电车用电负荷

比亚迪胶轮有轨电车全程采用动力电池牵引供电，车站降压变电所仅为动力照明、通信信号、FAS、BAS、站台门、AFC、应急疏散设施、变电设备自用电源、检修电源、电梯及广告设施等电力设备提供低压电源。综合车场用电负荷除了动力照明、通信信号、通风空调、综合监控及变电所所用电外，还有停车库、检修库、洗车库、综合楼控制中心及列车电池充电等，其中，通信信号、控制中心及列车电池充电等都是胶轮有轨电车正常运行的保障，必须要有较高的可靠性。对于此类直接关系行车安全的低压负荷，按规范要求应该由两路低压电源同时供电[2]。

比亚迪胶轮有轨电车交通工程一般在综合车场、停车线和故障存车线设置充电装置，充电装置电源一般由就近变电所引入交流380V，每套充电装置的容量为150kW，满足一列车的充电需求。胶轮有轨电车车辆的充电负荷作为整个系统正常运行的最重要保障，必须要具备较高的可靠性。因此，为了确保列车充电系统的可靠性，可以在综合车场等设置充电装置的变电所采用双变压器，低压0.4kV母线使用单母线分段方式。

5  电源选择

由上述技术现状可知，现有城市电网可靠性较高，故障处理时间较短。为了保证胶轮有轨电车供电系统的可靠性、适用性和经济性，其供电系统应充分考虑依托城市电网，采用分散式供电，不设置主变电所。进线电源应结合城市整体规划和电力系统近远期规划，从就近电力系统引入交流10kV、20kV或35kV电源，或与地铁、单轨等交通换乘时，直接从地铁或单轨的供电系统引入交流中压电源。全线应引入至少两路相互独立的外部电源，设置内部中压供电网络，实现全线单环网供电。

0.4kV作为城市低压配电电压，电源点多但可靠性较低，并且其实施可行性和维护便利性均较差，如非迫不得已不应采用。35kV电压等级适合于大容量负荷集中场所，常用于地铁中压网络，且国家电网正逐步取消35kV电压等级。20kV输电容量和传输距离较10kV更好，但目前设备技术成熟度较低、选择性较少。10kV作为现阶段城市中压配电网核心，输电容量、传输距离和投资适中，电源点丰富。因此，胶轮有轨电车交通工程项目应优先考虑从城市电网引入10kV电源。

6  供电网络

我国供电系统常用的中压网络一般有单环网和双环网两种，地铁、轻轨和有轨电车等多采用双环网形式。考虑到中压环网开关柜和变压器技术成熟、故障率低，胶轮有轨电车交通工程可选用的变电所接线方案有单环网单变压器、单环网双变压器和双环网三种。单环网中压供电网络示意图见图1，双环网中压供电网络示意图见图2。

从供电可靠性、经济性、运营成本、设备数量、建设工期、运营维护及风险点等方面对三种中压环网方案进行对比分析，见表1。

综上所述，城市电网可靠性高;胶轮有轨电车交通工程车站动力负荷小;10kV开关柜采用安全可靠的GIS设备，母线故障率非常低;变压器技术成熟，可靠性高;单环网供电形式满足胶轮有轨电车工程可靠性要求，在工程投资、施工难度、运营成本和工程管理方面均具有显著优势。另外，胶轮有轨电车交通系统的车辆采用动力电池储能供电，故障列车能够依靠其他列车推行到车站，而且区间设有便捷、安全的疏散平台，有条件适当降低对供电可靠性的要求[2]。因此，比亚迪胶轮有轨电车交通工程推荐采用单环网单变压器供电方案。同时，为了进一步提高胶轮有轨电车信号系统和充电装置的可靠性，信号集中站和综合车场可考虑采用单环网双变压器供电方式。

7  变电所

7.1 接线形式

7.1.1 车站变电所

每座车站设置一座降压变电所，从两端车站变电所分别就近引入两路相互独立的中压电源，通过中压环网实现全线所有变电所单环網供电。当一路电源退出运行时，另一路电源不应同时受到损坏，可通过联络开关继续对全线供电。考虑到胶轮有轨电车轨道交通一般承载的客流量不大，运营故障对整个城市交通系统产生的影响较小，车站供电系统的冗余设置适度即可。为了保证影响行车的通信信号、站台门、综合监控等重要负荷的供电需求，变电所内应设置一套电池储能的综合UPS系统。

车站变电所的接线参见“图3车站变电所主接线”。

7.1.2 综合车场变电所

相比于地铁等传统轨道交通系统，胶轮有轨电车交通的综合车场规模较小，但同样具备全线调度控制、列车充电和运行维护等重要功能，因此，综合车场供电可靠性要求同样较高、用电容量较大。为了提高综合车场变电所供电系统的可靠性，变电所可设置两台降压变压器，低压母线使用单母线分段方式。当一台变压器故障退出运行的情况下，可通过闭合低压400V母线联络开关，实现低压母线支援供电。

综合车场变电所的接线参见“图4  综合车场变电所主接线”。

7.2 设备选型

变电所的主要设备包括交流中压开关柜、交流低压开关柜、动力变压器、充电装置和所用电电源装置，设备选型与系统的可靠性、运营方便性、可维修性和工程投资等均有直接影响。根据当前国内电气设备的整体技术水平、可靠性指标、设备价格、设备外形尺寸等参数，提出设备选型如下：

（1）交流中压开关柜（12kV、24kV或40.5kV）选用气体绝缘或固体绝缘固定式开关柜。

（2）交流低压开关柜选用空气绝缘固定式开关柜。

（3）动力变压器选用环氧树脂浇筑干式变压器。

（4）直流充电装置选用模块并联金属铠装结构变流器。

（5）所用电电源装置选用金属外壳固定式开关柜。

7.3 设备房平面布置

7.3.1 通道尺寸

根据《20kV及以下变电所设计规范》（GB 50053）和《低压配电设计规范》（GB 50054-2011）的规定，变电所内高、低压设备柜前、柜后最小检修宽度见表2。同时国标规定“固定式开关柜为靠墙布置时，柜后与墙净距应大于50mm，侧面与墙净距宜大于200mm”[3-4]。

7.3.2 设备布置

在工程实践中，车站的建筑面积受到多方限制，需要尽可能减小变电所设备房的尺寸。根据调研的设备技术现状，提出变电所设备平面布置建议，见图5、图6和图7。

图中，G为交流中压开关柜，TM为变压器，A为交流低压开关柜，DYP为所用电电源交流柜，XDC为所用电电源直流柜。

8  系统接地

胶轮有轨电车交通的综合车场、车站和区间有很多弱电和强电设备，各设备间管线联系较多，电磁关系也较复杂。为了保障运营人员和乘客的人身安全，综合车场、车站和区间的各设备系统不能独立接地，应采用综合接地系统。

胶轮有轨电车交通工程采用综合接地方式，要求将全线的车站、区间和综合车场的接地进行可靠的金属连接，使整个系统构成整体连通的综合接地系统，全线的所有强电设备、弱电设备、人员安全和防雷的接地均与综合接地系统合理、可靠连接[2]。

9  研究结论

（1）胶轮有轨电车交通工程供电系统的中压电源应当优先考虑当地电力系统核心中压电源，全线所有变电所设置中压单环网供电网络。

（2）车站和综合车场均应设置变电所，车站变电所设置一台降压变压器，中压母线和低压母线均采用单母线方式，综合车场和信号集中站可设置两台变压器，中压母线采用单母线方式，低压母线采用单母线分段方式。

（3）变电所的交流12kV开关柜选用630A的气体绝缘或固体绝缘环网柜，交流0.4kV开关柜选用固定式开关柜，变压器选用200kVA干式变压器。

（4）在综合车场集中设置车辆充电装置，总容量按车辆轮流充电考虑。

（5）车站、区间和综合车场均应设置综合接地网，全线接地网电气连通[2]。

参考文献

[1] 王小峰.城轨交通外部电源方案分析[J].现代城市轨道交通，2010（4）：40-42，55，89.

[2] 孙章，蒲琪.城市轨道交通概论[M].北京：人民交通出版社，2010.

[3] GB 50157-2003 地铁设计规范[M].北京：中国计划出版社，2003.

[4] 孔凡国，魏盼盼，林品武.城市轨道交通供电方案的研究[J].机械工程与自动化，2014（5）：225-226.

作者：王志宏

冗余环网轨道交通论文 篇2：

城市轨道交通AFC网络故障探析

摘要：本文通过对城市轨道交通自动售检票系统中各类网络故障的详细分析，从中挖掘出具有较高针对性且能够对各类网络故障进行高效分析与处理的措施，从而为我国城市轨道交通AFC网络故障的分析以及诊断工作，提供主要依据。

关键词：自动售检票系统；城市轨道交通；网络故障

1、城市轨道交通AFC系统架构

AFC系统是城市轨道交通的核心组成成分，具有强大的运行功能，为我国城市轨道交通行业发展提供了主要支持力。成都地铁AFC系统主要由五层架构组成，分别是：ACC—城市轨道交通清分中心、LC—线路中央计算机系统、SC—车站计算机系统、SLE—车站终端设备以及非接触式IC票卡。AFC系统的五层架构之间要实现稳定及安全的网络传输及信号传输，现阶段需要借助于以太网。从网络分布的情况，在整个AFC网络系统中，通常会依照各子系统的实际情况及其运行目标，选取环网以太网、双环网以太网、冗余以太环网、星型以太网以及双星型以太网，来作为AFC子系统的桥接网络，以使AFC的各个子系统能够实现“网络的协调运行”过程。

2、城市轨道交通AFC网络故障

2.1网络布线故障在AFC网络故障当中出现的概率较高，且通过实际案例调查分析，造成AFC网络布线故障的因素较多，例如：①车站二层、三层交换机跳线操作时，出现标签错误或者是关系错误，均会造成网络布线故障；②在按照568B标准制作“RJ-45型号”的双绞线时，没有注意线序和双绞线的质量，都会造成布线故障；③网线的插座面板安装不符合工艺标准以及网络线缆被人为破坏或者挤压，都会不同程度上诱发网络布线故障出现。当AFC出现此类网络故障时，可借助网络测试仪，对故障部位、线序进行检测，能有效的定位故障源，维修人员可以采取有针对性的措施，进行科学地处理，避免类似故障重复发现。

2.2路由器故障大多都会以数据冗余以及报文丢失的现象出现，有时也会伴随着数据传输中断等问题。其原因主要是：CPU过载或者是路由器的内存已经不能够满足网络系统的运行要求。这类故障出现时，可以借助路由器Cisco软件的“show process命令”以及“show memory命令”，对上述两个诱发因素进行检查，以进一步确定究竟是哪一方面的因素造成路由器故障，从而采取针对性较高的解决措施，对路由器故障进行有效的處理。

2.3成都地铁1号线一二期采用东土系列交换机、三期采用赫斯曼系列交换机；2号线、3号线采用赫斯曼系列交换机；4号线一期采用赫斯曼系列交换机、二期采用卓越系列交换机；7号线采用赫斯曼系列交换机。交换机故障主要有两种，软件故障和硬件故障，在现场运维中交换机出现最多的是软件故障，主要是运行过程中内存占比高，导致交换机死机。在现场故障维修处置过程中，软件故障比硬件故障更难对其问题根源进行分析、判定和处理。为了有效避免交换机故障的出现，在开展日常巡检和维保保养时应按照巡检要求做好交换机状态监测，在维保时按照要求进行维修保养。

3、故障案例分析

（1）故障现象：成都地铁2号线某个车站环网中断，导致车站AFC系统内的所有数据无法正常上传到车站服务器、车站的票务系统无法正常登陆售票员无法结账、车站的AFC监控工作站显示全站设备离线。

（2）处理过程：车站的环网示意图如上：

维修人员在车站的AFC设备房内检查发现三层交换机（型号赫斯曼PowerMICE MS4128-L3EHC）的RM指示灯显示黄色，表示车站环网存在断点。现场图片如下所示：

（1）现场维修人员尝试重启三层交换机，重启后问题依旧存在；

（2）在车站AFC设备房检查发现三层交换机的尾纤盒处一组光纤跳线中的一根跳线松动，重新插拔紧固后，问题依旧存在；

（3）随即人员到车站现场逐台对现场二层交换机进行检查分析；

（4）在检查过程中在发现一台TVM内，二层交换机指示灯熄灭，进一步检查发现连接二层交换机尾纤盒的一根光纤跳线折损，如图所示：

（5）现场人员更换此处多模光纤跳线后，二层交换机指示灯恢复正常，随即检查车站设备房内的三层交换机，发现RM指示灯恢复绿色状态，现场维修人员通知车站工作人员登陆票务工作站和检查监控工作站，测试均恢复正常使用，最后车站整个环网恢复正常。

4、总结

（1）成都地铁AFC系统的车站计算机系统采用“星—环”型的网络架构，环网中若存在1处断点对车站的运营无影响，环网内的数据可以正常传输到车站服务器，但若出现2处及以上的断点就会导致车站网络中断，环网内的数据无法正常上传，导致车站的环网中断。

（2）现场维修人员在处理网络故障时，需具备一定的网络基础知识，尤其要清楚车站的环网架构以及网络传输方式，这样才能快速定位分析问题源，第一时间彻底解决现场问题。

（3）当前AFC系统的数据传输借助于以太网，后续的技术发展可以尝试考虑无线传输技术，降低有线传输带来的风险点和故障点，提高车站AFC系统内数据传输的及时性和安全性。

5、结束语

综上所述，随着我国城市轨道交通行业的不断发展，自动售检票系统（Automatic Fare Collection system，AFC）的应用领域也得到了更进一步的扩展，这使AFC网络系统的应用领域得到了进一步的扩展，使其成为城市轨道交通必不可少的一部分。因此需要加强对AFC网络系统的研究与分析，对其的网络故障进行深入的了解，为AFC网络故障的高效解决提供依据。

参考文献：

[1]城市轨道交通AFC系统运用的相关研究[J]. 周星.通讯世界. 2015（03）.

[2]城市轨道交通自动售检票（AFC）系统的网络关键因素[J]. 孙飞.江西建材. 2014（07）.

[3]城市轨道交通AFC网络故障分析[J]. 王彬，蒋艳. 山东工业技术. 2015（07）.

（作者单位：成都地铁运营有限公司）

作者：文勇

冗余环网轨道交通论文 篇3：

光纤在轨道车辆上的应用

摘 要：随着城市化水平的不断提高，城市轨道交通工程也在不断的发展，将光纤技术应用在轨道车辆上可以对轨道车辆的多个方面进行监控，以此保证轨道交通稳定运行。光纤技术种类很多，不同光纤技术在城市轨道交通中的应用个性各不相同，本文从分布式光纤测温系统、冗余光纤环网、光纤光栅传感技术这三个光纤技术入手，对三种技术在城市轨道交通中的应用进行分析，以期为城市轨道交通建设提供参考。

关键词：分布式光纤测温系统；冗余光纤环网；光纤光栅传感技术

将光纤技术和轨道交通车辆的检测进行综合应用，可以帮助轨道车辆的性能得到根本上的提升。近年来，国内外对轨道交通车辆的安全技术的研究逐渐深入，其中车辆故障前的预防报警，车辆运行的实时监测技术的较多。而光纤技术因为其本身的优势在众多领域中都得到了广泛的应用，光纤技术在国外的应用已经较为成熟，但是对于国内而言，光纤技术在轨道车辆上的应用研究还需要得到更进一步的完善。

一、分布式光纤测温系统在城市轨道交通中的应用

分布式光纤测温系统在城市轨道交通中的应用，主要原理是借助了光的散射原理和光时域放射原理，这种分布式光纤测温系统的测量精度较高，可以屏蔽强电磁场的干扰，而且随着温升算法的优化、智能解调技术和信号优化技术的发展，分布式光纤测温系统的应用范围会得到更进一步的扩大，满足城市轨道交通车辆的运行需求，及时对存在的火灾隐患进行报警。现阶段，常见的分布式光纤测温技术原理主要是基于拉曼散射，经过调制后，散射光进入到波分复用器中，就会得到斯托克斯光、反斯托克斯光，其中斯托克斯光对温度的相对灵敏度为0.104%、反斯托克斯光对温度的相对灵敏度为1.065%。[1]光强度之比为4：3。根据斯托克斯光和反斯托克斯光的特性，就会得到光强比和温度定量关系，在此基础上，结合测温系统的内部基准温度，以及相应的校正算法，就可以得到实际温度信息。随着分布式光纤测温传感技术快速发展，使用这种测量系统的应用范围逐渐扩大，尤其是在城市轨道交通的应用，即使面对较为复杂的内部系统，以及较大的交通客流量，也能够较为准确的展开监控，有效消除火灾隐患，满足城市轨道交通的运行需求。

二、冗余光纤环网在城市轨道交通电力监控系统中的应用

冗余光纤环网在城市轨道交通电力监控系统中的应用，主要是利用城市轨道交通电力监控系统的特点，对轨道车辆沿线经过的变电所供电设备进行监控，以此保证轨道交通电力系统的稳定运行，保证轨道交通车辆的正常运行。在城市轨道交通电力监控系统主要包括三个部分，分别为：站控层、间隔层以及网络层。其中站控层还可以划分为通信控制器、计算机、人机界面，网络层中包括了交换机、光纤收发器、光缆等线路，以此为电力监控系统提供通信通道。因此可知，目前的轨道车辆交通电力监控系统采用分层结构，但是随着国家网络设备、网络技术的发展那，轨道车辆交通电力监控系统中的网络结构也发生了较大的变化。从单总线星形结构、以太网星形结构，发展到冗余光纤环网这中网络结构，轨道车辆交通电力监控系统逐渐完善，其中冗余光纤环网作为新时期的轨道车辆交通电力监控系统中的网络结构，在解决网络层中的冗余问题上具有着关键性作用，随着冗余光纤环网的发展，出现了冗余光纤环网光电交换机，因此，冗余光纤环网被用在了电力监控系统中。想要让冗余光纤环网在电力监控系统中充分发挥其本身的作用就要对冗余光纤环网的结构和通信进行深入研究。以某地区的轨道车辆交通电力监控系统为例，该地区的轨道交通人员想要采用冗余光纤环网，首先设置了合适的环网节点，进而根据具体的轨道交通变电所忒单，分别安装了35kV和400V的开关柜、直流1500V的开关柜以及再生制动装置，其中C市内的轨道交通三号线和五号线，都采取了冗余光纤环网对电力系统进行监控，有效提高了监控系统网络的冗余互用率。

三、光纤光栅传感技术在轨道交通车辆的应用

首先简单了解了光纤光栅传感技术的应用原理和其在轨道交通车辆的应用的技术优势。光纤光栅传感技术主要是应用FBG传感器实现对轨道交通车辆的监测，具体原理如下：随着光纤光栅周围温度、应变、位移、加速度等物理量的变化，光纤光栅的周期和纤芯折射率也会发生变化，继而就会产生布喇格光栅信号出现波长位移，而FBG传感器就是通过监测布喇格波长位移的变化，判断光纤光栅周围环境中物理量的变化情况。同时采用波分复用技术形成光纤光栅传感系统，实现大容量分布测量，同时这种光纤光栅传感系统也能够实現远程实时监控。以光纤光栅传感系统对轮轴健康状态检测为例，当轨道车辆经过传感器旁边的钢轨时，就会引起布喇格波长位移的变化，经过FBG传感器后形成应变曲线，继而就会得出对应的轮轴书，通过应变曲线的实际情况，判断轮轴的健康情况，可以有效及时的发现车轮缺陷问题。在光纤光栅传感系统中最为核心的传感器剑就是FBG传感器，其中美国MOI公司生产的FBG传感器，扫描频率可以达到2kHz，而测量精度达到了1με，光性能极其稳定。光纤光栅传感系统的测量精确度较高、扫描速度快、复杂程度较低、分辨率高、覆盖范围较大。

四、总结

综上所述，本文基于不同的光纤技术原理，利用光纤技术的特点，从多个方面叙述了光纤技术在轨道车辆上的运用情况，现阶段，光纤技术在城市轨道车辆的应用还没有的到全面的推广，远不及基础设施检测项目的数量。但是，纵观城市轨道车辆的发展情况来看，想要保证城市轨道车辆交通的安全稳定性，引用光纤技术是十分必要的，而且，光纤技术在城市轨道车辆交通的应用具有着较大的市场需求前景。

参考文献：

[1]许敏娟，顾修竹.基于光纤光栅技术的轨道交通基础结构沉降实时监测系统应用分析[J].城市轨道交通研究，2016，19（11）：68-72.

作者：沈琦 张志刚