地鐵車(chē)站弱電系統集中UPS供電分析

1、概述

UPS在其發(fā)展初期，僅被視為一種備用電源。后來(lái)，由于電壓浪涌、電壓尖峰、電壓瞬變、電壓跌落、持續過(guò)壓或者欠壓甚至電壓中斷等電網(wǎng)質(zhì)量問(wèn)題，使計算機等設備的電子系統受到干擾，造成敏感元件受損、信息丟失、磁盤(pán)程序被沖掉等嚴重后果，引起巨大的經(jīng)濟損失。因此，UPS日益受到重視，并逐漸發(fā)展成一種具備穩壓、穩頻、濾波、抗電磁和射頻干擾、防電壓浪涌等功能的電力保護系統。UPS電源不僅能提供持續的電源供應，還具有對市電進(jìn)行穩壓、穩頻、濾波、抗電磁射頻干擾、防止電壓的浪涌和下陷等功能。地鐵弱電系統主要包括通信系統、信號系統、屏蔽門(mén)系統、自動(dòng)售檢票系統和主控系統等。通信系統又分為地鐵專(zhuān)用通信、民用通信和公安通信三部分。弱電系統負荷大部分是計算機類(lèi)負載，作為地鐵這樣一種大規模公共交通工具，其安全性顯得更為重要，所以地鐵弱電系統的供電特點(diǎn)是：一級負荷，各系統分別由來(lái)自變電所兩段母線(xiàn)分別饋出一路電源，末端自動(dòng)切換，再配送到UPS輸入端；UPS為在線(xiàn)式，在市電正常供電時(shí)，首先將市電交流電源變成直流電源，然后進(jìn)行脈寬調制、濾波，再將直流電源重新變成交流電源，即它平時(shí)是由交流電經(jīng)整流后又以逆變器方式向負載提供交流電源。一旦市電中斷，立即改由蓄電池以逆變器方式對負載提供交流電源。對在線(xiàn)式UPS電源而言，在正常情況下，無(wú)論有無(wú)市電，它總是由UPS電源的逆變器對負載供電，這樣就避免了所有由市電電網(wǎng)電壓波動(dòng)及干擾帶來(lái)的影響。顯而易見(jiàn)，在線(xiàn)式UPS電源的供電質(zhì)量明顯優(yōu)于后備式UPS電源，因為它可以實(shí)現對負載的穩頻、穩壓供電，且在由市電供電轉換到蓄電池供電時(shí)，其轉換時(shí)間為零。

2、模塊式UPS

UPS的冗余主要有兩種：串聯(lián)冗余和并聯(lián)冗余。串聯(lián)冗余是采用同機型的兩套UPS設備串聯(lián)，實(shí)現主從熱備，主機一直滿(mǎn)載，備機蓄電池長(cháng)期浮充，有一定的轉換實(shí)時(shí)間，擴展較困難，可適用性較小。并聯(lián)冗余指采用兩套或兩套以上的UPS設備并聯(lián)均分負載，相比串聯(lián)冗余具有一定的優(yōu)勢，在市場(chǎng)中占有的份額越來(lái)越大，新型模塊式UPS的出現將并聯(lián)冗余發(fā)展到一個(gè)新的臺階。模塊化UPS是從設計和工作的原理方面來(lái)講的，其本身(也就是模塊)就是一臺UPS，包括整流器、逆變器、靜態(tài)旁路開(kāi)關(guān)及附屬的控制電路、CPU主控板。它可以打破傳統的“1+1”或“N+1”的冗余機制，實(shí)現“N+X”的故障冗余及升級擴容，采用的熱插拔技術(shù)可以允許單體模塊在不需停電的前提下任意進(jìn)入或退出并聯(lián)單元，從而實(shí)現了并聯(lián)系統的在線(xiàn)維護，同時(shí)無(wú)需專(zhuān)門(mén)的儀器或技術(shù)即可進(jìn)行，提高了UPS系統的可靠性和適用性。模塊式UPS的出現在一定程度上解決了大功率UPS集中供電在可靠性上的瓶頸，模塊式UPS熱插拔并機結構圖如圖1所示。



3、大功率UPS集中供電分析

UPS的供電方式可分為UPS集中供電方式和UPS分散供電方式兩種。集中供電方式是指由一臺大功率UPS向車(chē)站整個(gè)弱電系統負載提供應急供電。分散供電是現在比較流行的一種配備方式，就是根據設備的需要分別配備適合的中小功率UPS。



集中UPS供電是隨著(zhù)整體機房的出現而漸出現的，證券、移動(dòng)、聯(lián)通、電信等行業(yè)整體機房或區域中心機房的不斷出現，這使集中UPS供電的發(fā)展也提上了日程。整體機房對電源的要求是：高可靠性、便于擴展、易于管理和節省空間。而今UPS并機冗余、熱插拔式以及數字控制技術(shù)的發(fā)展使得UPS的可靠性得到很大的提高，能漸漸滿(mǎn)足整體機房的電源可靠性需求。

地鐵車(chē)站弱電系統比較多，空間位置相對集中，大部分位于車(chē)站車(chē)控室附近，負載不是很大，15～80KVA不等，典型的車(chē)站弱電用房布置圖如圖2、圖3所示。



（注：屏蔽門(mén)控制室在信號設備室下面的站臺區）

地鐵各系統對UPS的要求的共同點(diǎn)如下：

*高可靠性；

*電源質(zhì)量?jì)?yōu)質(zhì)，具有穩壓和限流功能等；

*在市電故障情況下能安全自動(dòng)投入，轉換時(shí)間越短越好；

*整機效率要求較高；

*UPS為在線(xiàn)式；

*易于實(shí)現電源監控；

*功率因數盡量高，降低對電網(wǎng)的影響。

地鐵各系統對UPS備用時(shí)間的要求如下：

*屏蔽門(mén)控制電源備份0.5小時(shí)；

*通信系統重要負荷備份4小時(shí)，次重要負荷備份1小時(shí)；

*信號系統車(chē)站為0.25小時(shí)；

*主控系統要求備份時(shí)間0.5小時(shí)；

*AFC系統備份時(shí)間為0.5小時(shí)。

地鐵弱電系統房間布置相對較集中，對UPS的要求也有很多共同點(diǎn)，整個(gè)弱電系統使用一套UPS集中供電具有一定的可行性。地鐵弱電系統UPS集中供電系統圖如圖4所示，車(chē)站配置一個(gè)專(zhuān)門(mén)的弱電系統綜合電源室，由地鐵車(chē)站靠近車(chē)控室端的變電所0.4KV開(kāi)關(guān)柜室兩端母線(xiàn)分別饋出一回路，末端自動(dòng)切換作為大功率集中供電UPS的輸入電源，然后經(jīng)過(guò)UPS處理后按照備份時(shí)間的不同分別向地鐵車(chē)站各弱電系統饋出，可根據各弱電系統的需求和功能定位的區別來(lái)確定饋出回路數。



但是，上述各系統雖然在地鐵都屬重要弱電系統，各弱電系統之間相互比較，在地鐵中的重要性又有輕重。一般情況下，地鐵發(fā)生安全問(wèn)題主要有三種情況：信號故障、停電和火災，可見(jiàn)信號系統應具有很高的安全性和可靠性，凡涉及行車(chē)安全的設備必須滿(mǎn)足故障-安全原則。屏蔽門(mén)系統在區間火災事故等情況下也顯得尤為重要，高可靠性的UPS電源能保證屏蔽門(mén)在火災事故下處于開(kāi)門(mén)位置，方便乘客從區間向車(chē)站站臺疏散，等等。如果各系統共用一套集中UPS供電，就會(huì )增加故障點(diǎn)，其它弱電系統的故障可能會(huì )影響整個(gè)UPS系統的正常工作，這樣就可能增大故障范圍。另外，若地鐵車(chē)站整個(gè)弱電系統采用集中UPS供電，

UPS容量為各個(gè)弱電系統容量的累加和并考慮一定的遠期裕量，蓄電池的配置則要綜合考慮各個(gè)弱電系統備份時(shí)間的不同進(jìn)行相應換算才能得到，具體的計算見(jiàn)參考文獻[3]。

地鐵通信系統以往是地鐵專(zhuān)用通信、民用通信和公安通信單獨設各自的UPS系統，目前已有地鐵實(shí)現了地鐵通信系統內部的UPS集中供電。

4、結論

隨著(zhù)數字技術(shù)的快速發(fā)展，熱插拔式模塊化UPS技術(shù)的不斷成熟，大功率UPS集中供電的可靠性及遠程監控水平等也會(huì )得到不斷的提高，地鐵整個(gè)弱電系統采用一套大型的UPS集中供電不久將可能實(shí)現。

參考文獻：

[1]張紀軍，周一峰.集中與分散兩種供電方式的比較.黑龍江通信技術(shù)，2003，3(1).

[2]黃探宇.高可靠性集中熱備份UPS供電系統.南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002，24(3).

[3]汪家榮，石俊杰.中、大型UPS蓄電池監測管理和容量配置.通信電源技術(shù)，2001，4.

[4]張乃國.UPS供電系統應用手冊[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[5]李成章.現代UPS電源及電路圖集[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.

[6]廣州軌道交通相關(guān)工程技術(shù)要求等.


S集中供電方式和UPS分散供電方式兩種。集中供電方式是指由一臺大功率UPS向車(chē)站整個(gè)弱電系統負載提供應急供電。分散供電是現在比較流行的一種配備方式，就是根據設備的需要分別配備適合的中小功率UPS。



集中UPS供電是隨著(zhù)整體機房的出現而漸出現的，證券、移動(dòng)、聯(lián)通、電信等行業(yè)整體機房或區域中心機房的不斷出現，這使集中UPS供電的發(fā)展也提上了日程。整體機房對電源的要求是：高可靠性、便于擴展、易于管理和節省空間。而今UPS并機冗余、熱插拔式以及數字控制技術(shù)的發(fā)展使得UPS的可靠性得到很大的提高，能漸漸滿(mǎn)足整體機房的電源可靠性需求。

地鐵車(chē)站弱電系統比較多，空間位置相對集中，大部分位于車(chē)站車(chē)控室附近，負載不是很大，15～80KVA不等，典型的車(chē)站弱電用房布置圖如圖2、圖3所示。



（注：屏蔽門(mén)控制室在信號設備室下面的站臺區）

地鐵各系統對UPS的要求的共同點(diǎn)如下：

*高可靠性；

*電源質(zhì)量?jì)?yōu)質(zhì)，具有穩壓和限流功能等；

*在市電故障情況下能安全自動(dòng)投入，轉換時(shí)間越短越好；

*整機效率要求較高；

*UPS為在線(xiàn)式；

*易于實(shí)現電源監控；

*功率因數盡量高，降低對電網(wǎng)的影響。

地鐵各系統對UPS備用時(shí)間的要求如下：

*屏蔽門(mén)控制電源備份0.5小時(shí)；

*通信系統重要負荷備份4小時(shí)，次重要負荷備份1小時(shí)；

*信號系統車(chē)站為0.25小時(shí)；

*主控系統要求備份時(shí)間0.5小時(shí)；

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