地鐵信號系統RRU 供電問題探討

姜 亭

（長春市軌道交通集團有限公司，吉林 長春 130000）

0 引 言

地鐵信號系統的穩定運維是城市軌道交通安全、準點、高效運行的關鍵，無線射頻拉遠單元（Radio Remote Unit，RRU）作為該系統的重要組成部分，其供電問題在一定程度上能影響到整個交通信號系統的穩定運行。傳統的RRU 供電依賴交流電，存在一定的缺陷。近年來，隨著能源供應方式的日新月異，如何選擇和采用最佳的供電方式，提高實際應用中的可行性和效率，成為業界急需解決的問題。

1 地鐵信號系統中RRU 供電的重要性

1.1 提升傳輸效率

RRU 用于將基帶信號轉化為射頻信號并發送出去，其供電穩定性直接決定設備是否能夠穩定運行，關系到射頻信號能否準確、高效地傳送。因此，若RRU 因供電問題發生故障，則可能打斷信息的傳遞，降低整個信號系統的傳輸效率[1]。

1.2 保障地鐵運行安全

地鐵作為城市的重要公共交通工具，其運行安全至關重要。RRU 負責地鐵信號系統的無線通信，一旦RRU 出現供電不足或斷電情況，則會導致無法正常接收和發送信息，地鐵車輛可能無法準確得到駕駛指令或失去速度控制，從而引發嚴重的安全問題。因此，保證RRU 穩定供電能及時穩定地接收與發送信息，確保地鐵的正常運行和乘客的生命安全[2]。

1.3 延長設備使用壽命

地鐵信號系統中，RRU 的穩定供電也是延長設備使用壽命的關鍵。當RRU 在不穩定的電源供應下運行時，設備本身可能會承受過大的電流沖擊，導致內部元件過度勞損甚至損壞。經常處于這種狀態的設備將會大大縮短使用壽命，不僅增加保修成本，還可能因設備更換導致信號系統的中斷。相反，穩定的供電環境能保證RRU 設備持續、穩定地運行，從而延長其使用壽命，降低地鐵信號系統的維護成本和運行風險[3]。

2 地鐵信號系統中RRU 供電存在的問題

2.1 供電不穩定

由于地鐵運行復雜的地下環境和高密度的運營需求，導致難以實現穩定且連續的電力供應，具體表現出以下4 種形式。

2.1.1 電源質量不均

信號系統內電網布局復雜，部分老舊電力設施無法提供足夠穩定、優質的電壓，甚至產生頻繁的電壓突變，而RRU 本質上是高功耗設備，對于電源的穩定性和電壓波動的抗性均有較高要求。若電源質量不佳，RRU 可能因電壓波動、電壓突變等問題而運行不穩定，影響信號的穩定傳輸。

2.1.2 電源故障頻發

地鐵系統線路長、覆蓋廣，零部件眾多，且環境復雜多變，長時間高強度的電力傳輸中，電源系統的各類元件可能在高強度運行中產生故障，影響RRU的電力供給。電源故障將直接導致RRU工作中斷，嚴重威脅地鐵信號安全。

2.1.3 電磁環境干擾

在地鐵系統中，除了常規的電扇、照明等設備，還有許多高頻、大功率的電氣設備，如電動機、變頻器等。它們在運行時會產生一定的電磁場，可能對RRU 設備產生干擾。若電磁干擾過大，則會影響RRU 供電的穩定性。

2.1.4 地鐵系統的漏電問題

由于線路長且設備多，監測和維護難度大。在潮濕的地下環境中，電線磨損、老化，更容易導致設備間、設備和地之間的漏電現象。此類問題一旦出現，必然對RRU 的供電穩定性帶來影響。

2.2 能耗過高

在非峰值使用期間，RRU 為非滿載運行狀態，利用率較低，導致大部分電力被浪費。RRU 各組件的運行狀態并不總是與信號傳輸負荷同步，即使在信號傳輸量低的時候也經常以全功率工作。此條件下，供電過程中存在大量閑置電力，導致能耗過高。

硬件設備散熱處理不足也是造成RRU 供電能耗過高的原因之一。RRU 在運作時產生大量熱量，不僅會消耗額外電力，而且可能導致設備過熱?，F行設計下的散熱系統依賴機房空調或風扇散熱，為了防止設備過熱，在非滿載運行條件下，仍然會為空調、風扇提供大量電力，造成較大的能源損耗。此外，連續供電缺失周期性調整也是問題之一。通常情況下，RRU 非獨立供電，與新信號系統中的其他設備共同供電，而地鐵信號系統中的其他設備如室內基帶處理單元（Building Baseband Unit，BBU）需要24 h 運行，使得RRU 也被迫24 h 不斷運行。但實際上，夜間和非運輸高峰時期，RRU 工作的周期性調整有助于減少能耗。RRU 所在位置及其獨立電源配置對能耗影響深遠。為擴大信號覆蓋范圍，多數RRU 被部署在地鐵隧道末端，但此位置電網布設困難，維護和監控這些設備的難度較高，成本較大。

3 地鐵信號系統中RRU 供電的有效措施

3.1 采用備用電源系統以提升供電穩定性

RRU 作為一種射頻傳輸設備，將基站控制器的數字信號轉換為無線信號，此過程需要保持穩定的電力供應，在強調供電穩定性的場景下，備用電源系統不可或缺。常用的設計方案是將備用電源系統嵌入總體安全管理，以達到避免供電中斷的目的。備用電源系統通常由不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）、蓄電池和發電機等部分構成，UPS 和蓄電池的結合能夠在發生電力問題時提供連續、穩定的電源。當出現供電問題時，RRU 將由UPS 系統供電。UPS使用蓄電池供電，可以在幾毫秒到幾分鐘內提供足夠能量，為后續切換到蓄電池或發電機預留寶貴的時間。電路方面主要包括充電器、電池組、逆變器以及控制器，將市電、備用電使用不同開關連接到RRU供電線路中，簡要示例如圖1 所示。無論是由于長期停電還是規劃內的電源維護，蓄電池始終是優先的電源選擇。蓄電池的容量應根據RRU 的電源需求和可能的停電時間來確定，以確保供電的持久性和穩定性。在供電計劃中，考慮到不同情況的需求，配備合適數量的蓄電池極其重要。彌補長時間停電的有效工具是發電機，它可以在電網正常供電恢復之前提供持續的電力。配合蓄電池組，確保地鐵信號系統中的RRU 在各種情況下都能獲得穩定的電源。

圖1 備用電源電路的連接示例

對于電磁環境的干擾，主要方案是采用避雷和屏蔽處理。例如，在電源線路的建設中，可增加地線，以釋放大氣中過多的靜電，避免引發雷擊事故。

關于預防浪涌現象，主要通過在電源輸入端增加浪涌保護器來抵消突然增大的電壓，避免設備燒毀。浪涌保護器在閃擊或過電壓情況下會產生短路現象，短時間內產生較大電流，從而保護電力設備不被破壞，電路示意如圖2 所示。

圖2 防浪涌電路示意

3.2 優化功率配置方案以降低能耗

合理規劃RRU 的工作時段和工作模式對于降低能耗具有決定性的作用。根據地鐵乘客的出行流量大小可將RRU 的工作時段分為高峰時段和非高峰時段。在高峰時段，由于乘客密集，車次較多，RRU 需要全力運行，以保持穩定和高效的通信服務；非高峰時段，人流量相對較小，車次較少，對信號傳輸需求較小，此時RRU 可以降低功率或進入低功耗模式。深度休眠技術也是優化RRU 能源消耗的一種有效手段。深度休眠指在載波信號空閑時，RRU 進入低功耗狀態，減少不必要的消耗。而在需要提供服務時，RRU又可以快速喚醒并增大輸出功率，以便提供優質的通信服務。這種技術既確保了通信的持續性，又降低了能耗。此外，基于負載數據進行電源的動態調整。利用內置傳感器讀取RRU 的功率和運行負載數據，通過算法處理數據，預測網絡負載情況。根據預測結果，制定相應的電源輸出策略?？梢酝ㄟ^控制電源轉換器，提高或降低RRU 的供電水平，從而控制功耗。此技術的優勢是可以在保證服務質量和用戶體驗的前提下，高效降低能耗。但因為控制功耗的準確度與算法效果和數據采樣頻率相關，所以實際應用中可對電源轉換器進行編程，使其能夠增加采樣頻率，以此提高輸出電壓指令的準確性。部署傳感器，收集所需數據，開發預測算法，如建立負載模型，計算預測值，并據預測值提前設置電源調整策略，保障系統在環節出現失誤時也能快速糾正[4]。

優化RRU 供電應從合理規劃、深度休眠技術和動態調整功率3 個方面進行考慮。在實際操作中，還要結合特定使用環境、業務需求等因素，采取靈活多變的策略來降低RRU 的能耗。

3.3 制定日常維護策略以減少維護成本

滿足供電條件的穩定性是維護的重心。檢查RRU 供電電源的穩定性，包括電壓、電流等參數必須在規定范圍內。遵循預防為主的原則，通過定期的維護預防潛在的問題。定期清理RRU 設備，尤其是風扇和散熱器，以優化設備冷卻效率，避免因設備過熱導致的供電故障。利用過載保護開關，保護電源系統不被電力波動或設備短路等突發情況破壞。同時，安裝和使用電源管理軟件系統，以便實時監測RRU運行狀態，預警可能的故障，并提供數據支撐。提倡及時換新原則，提醒維護人員定期替換易損部件和設備，如電池、電源適配器等，避免因部件老化引發的供電故障?？刹捎霉收县熑沃?，明確各類故障的責任歸屬，加大對隨意變更設備配置、私自拉接電纜等行為的懲罰力度。通過建立完善的日常維護制度，規范化操作，減少人為因素帶來的供電故障。同時推進智慧維護，利用物聯網技術，使設備之間的信息共享，對設備進行線上監測，及時發現并修復故障，提升維護效率，減少維護成本。此外，培養專業的維護人員也是節約維護成本的關鍵，定期開展技術培訓，提升工作人員的業務能力和效率[5]。

4 結 論

在現代城市化進程中，地鐵作為重要的交通工具，承擔著人們出行的重要任務。而信號系統作為地鐵運行的核心，其可靠性和穩定性對于保證乘客安全與提高運營效率起著至關重要的作用。通過采用備用電源系統，可以彌補供電中斷或異常所帶來的影響，提升RRU 供電的穩定性。此外，優化功率配置方案可以有效降低RRU 的能耗，提高能源利用效率。制定日常維護策略可以減少維護成本，提高系統的可靠性和穩定性。定期檢查供電設備和線路的狀態，及時發現并解決潛在問題，預防故障的發生。未來的研究可以進一步深入探索新的供電技術和能耗管理策略，并結合智能化技術，不斷提升地鐵信號系統的穩定性、安全性以及可靠性，為城市交通運輸帶來更多便利和效益。