臺達UPS地鐵弱電系統解決方案

　　UPS的應用隨處可見(jiàn)，而在地鐵弱電系統中，將UPS和智能化配電系統與蓄電池組整合起來(lái)，還是一個(gè)嶄新的應用領(lǐng)域，本文重點(diǎn)介紹中達在該領(lǐng)域的成功案例。

　　一、地鐵弱電系統的電源需求

　　地鐵弱電系統應用在地鐵的車(chē)站、車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)、控制中心等場(chǎng)所，包括通信、信號、綜合監控（電力監控PSCADA、環(huán)境與設備監控BAS、火災自動(dòng)報警FAS、門(mén)禁ACS）、自動(dòng)售檢票系統AFC、乘客信息系統PIS、屏蔽門(mén)、變電所直流操作、應急照明等部分，系統一般由計算機、網(wǎng)絡(luò )設備及自動(dòng)化控制設備組成，用電為一級負荷，因此需要高可靠性的后備電源進(jìn)行不間斷供電，以保證供電質(zhì)量和供電連續性。

　　屏蔽門(mén)驅動(dòng)電機、變電所直流操作以及部分通信設備分別用到DC110V、DC220V和DC—48V電源，一般由專(zhuān)門(mén)的直流電源獨立供電。應急照明一般為交流感應式的負載，分布在整個(gè)車(chē)站范圍內，點(diǎn)多面廣，多采用EPS供電。剩余的通信、信號、電力監控、環(huán)境與設備監控、門(mén)禁、火災報警、自動(dòng)售檢票、乘客信息、屏蔽門(mén)網(wǎng)絡(luò )控制等系統均為計算機和網(wǎng)絡(luò )設備等容性負載，需要AC380/220V電源，最適合采用UPS系統進(jìn)行供電。

　　由于地鐵運營(yíng)環(huán)境及其設備的特殊性，一般要求提供電源的UPS系統滿(mǎn)足下列要求：

　　1．可靠性強，能適應地下運行環(huán)境，以確保車(chē)站各弱電系統設備全天候、穩定、可靠地運行。

　　2．綠色環(huán)保，避免污染電力環(huán)境及自然環(huán)境。

　　3．安全性高，保護全面，不易造成人為設備故障，不會(huì )威脅人身安全。

　　4．便于近、遠端管理，有標準的通訊接口及開(kāi)放的通訊協(xié)議。

　　5．盡量采用集中式供電，綜合利用各種資源。目前，軌道交通UPS電源整合是一個(gè)發(fā)展趨勢，全國各地地鐵新建線(xiàn)路都在進(jìn)行UPS整合工作，因為這樣更有利于資源的綜合利用，更有利于設備的專(zhuān)業(yè)化維護與管理，同時(shí)也有利于節省機房使用面積。

　　表1是某地鐵線(xiàn)路弱電系統中適合UPS集中供電的負載情況，它在地鐵地業(yè)中具有一定的代表性：

表1

　　二、系統方案選擇

　　根據地鐵應用環(huán)境對UPS系統的具體要求，我們選用由臺達NT系列UPS（12P）、中達電通DCF126系列蓄電池和中達電通智能配電柜組成的雙電源輸入、雙母線(xiàn)架構、共享電池組、負載分時(shí)供電的集中供電組合方案。

　　該方案的系統示意圖如圖1：

圖1

　　系統中的兩臺UPS容量相等，互為備份，彼此通過(guò)兩根相互冗余的通訊線(xiàn)相連，使它們的相位始終同步，確保后面的STS切換順暢。

　　該系統有下列特性符合地鐵應用環(huán)境的需求：

　　1．可靠性強，適應地下運行環(huán)境。如：UPS耐溫、濕度范圍寬，抗外界干擾能力強，輸入電源的電壓和頻率范圍寬，輸出電力品質(zhì)高，全橋逆變加隔離變壓器對負載適應性強，內部重要線(xiàn)路冗余備份，容錯能力強，單機MTBF高達30萬(wàn)小時(shí)等。而雙母線(xiàn)架構對負載又有了雙重保障。

　　2．UPS低諧波，高效率，低輻射，低噪音等特性體現了綠色環(huán)保、對電力環(huán)境及自然環(huán)境污染少的特性。

　　3．UPS符合CE、TUV、IEC等安全標準，具有過(guò)溫、過(guò)載、短路、誤操作、電池漏液等保護功能，并且有近、遠端的緊急關(guān)機功能，安全可靠，不易造成人為設備故障和人身安全威脅。

　　4．UPS配備大型中/英文圖形化LCD顯示，以及RS232、RS485、20選6的智能干接點(diǎn)以及供選購的SNMP、MODBUS卡等，并有開(kāi)放的通訊協(xié)議提供，便于近、遠端監控管理。對于本方案可將UPS監控納入綜合監控系統（ISCS），與綜合監控系統FEP接口，實(shí)現對電源的統一監控管理。

　　5．本方案在每個(gè)站點(diǎn)配置一臺大功率的UPS集中供電，可使負載綜合利用電力資源。同時(shí)，共享電池組和分時(shí)供電的方式也是綜合利用資源的一個(gè)具體體現。

　　三、UPS容量選擇

　　由UPS集中供電的負載情況表可知，車(chē)站、車(chē)輛段和控制中心的負載量依次為：126KVA、103KVA、74KVA和126KVA。這些負載都是電腦性的，輸入功率因數一般為0.7，小于UPS的輸出功率因數0.8，選擇UPS容量時(shí)應當按VA值來(lái)計算。為了確保UPS長(cháng)期安全可靠地運行，負載量一般設定在UPS額定容量的60%~80%。所以車(chē)站、車(chē)輛段、停車(chē)場(chǎng)和控制中心應分別配置160KVA、160KVA、100KVA和160KVA的UPS，它們的負載量最大能達到單臺UPS的78%、64%、74%和78%，符合系統可靠性要求。

　　四、電池配置計算

　　本方案采用UPS共享電池組方案，并且市電停掉后要分時(shí)供電給負載。以車(chē)站為例：有40KVA的負載后備2小時(shí)，46KVA的負載后備1小時(shí)，40KVA的負載后備0.5小時(shí)。其負載—時(shí)間坐標圖如圖2：

圖2

　　基于電池的放電特性，若采用分時(shí)間段（豎直分）計算法，結果會(huì )比實(shí)際的配置偏大；若采用分功率段（水平分）計算法，結果會(huì )比實(shí)際的配置偏小。這里采用分功率段（水平分）計算法計算，然后再將結果進(jìn)行修正。計算過(guò)程如下：