UPS整合在城市軌道交通中的應用

    城市軌道交通車站內包含眾多的弱電設備系統，如通信、信號、綜合監控、環境監控、辦公自動化、門禁、自動售檢票、火災自動報警、屏蔽門、應急照明、變電所綜合自動化等這些系統負責地鐵車站的旅客運輸環境監控、信息傳遞和乘客導引等，屬于重要或特別重要的一級負荷，需要可靠性很高的電源．以保證供電質量和供電連續性。

    在以往的軌道交通工程中．車站各弱電系統分別配置自己的電源系統，存在設備重復配置、利用率低，占地面積大，經濟上不合理等缺點。在運營維護中，各系統基本沒有專業的電源維護人員，造成實質上的電源系統維護少或維護不當的狀況導致蓄電池容量降低，不能達到備用時間要求。國內地鐵曾發生由于蓄電池的原因，造成行車中斷的情況。

    隨著電力電子設備制造工藝和應用技術的發展，大容量電源系統和先進控制技術在通信和電力系統中成熟使用，為軌道交通工程中實現對各個弱電電源系統的整合提供了有利條件。在中國已有的地鐵工程中，如北京地鐵機場線工程中已經就車站弱電系統電源整合進行了初步嘗試。

    車站電源系統整合目的和原則

    車站電源整合目的

    對各電源系統的蓄電池、裝置進行硬件整合和集中布置，便于電源系統的統一維護與管理。通過集中布置減少設備用房面積，降低車站土建工程造價。通過硬件整合減少設備重復配置．實現資源共享節省設備投資。電源品牌統～選型，便于設備招標。

    車站UPS整合主要原則

    車站整合主要應遵循以下原則

    （1）整合后的電源系統應滿足所有被電源整合的各系統對電源的技術要求，保證各系統的可靠安全運行。

    （2）整合后的電源室應靠近弱電負荷中心布置，以便于饋電電纜布局．減少線路壓降及線損，提高供電線路的安全可靠性。

    （3）電源系統整合應根據被電源整合各系統的負載性質、電源需求等技術要求統～考慮．以便進行的硬件配置。

    （4）電源整合應盡量減少不同系統間電源的相互影響。

    各弱電系統電源需求分析

    各弱電系統負載類型及需求分析

    （1）通信系統。負載類型：傳輸、無線、公務電話、專用電話、閉路電視、廣播、時鐘等子系統的計算機網絡通訊設備電源要求能連續供應AC220V電源。

    （2）信號系統。負載類型：信號系統旅客信息系統等計算機、網絡設備．控制設備；電源要求：能連續供應AC380/220V電源。

    （3）綜合監控系統（含環境監控、門禁）。負載類型：計算機、網絡設備，環境監控和門禁控制設備；電源要求：連續供應AC220V電源。

    （4）自動售檢票系統（AFC）。負載類型計算機、網絡設備，AFC終端設備．電源要求：能連續供應AC220V電源。

    （5）辦公自動化系統。負載類型：計算機、網絡設備：電源要求能連續供應AC220V電源。

    （6）屏蔽門系統。負載類型屏蔽門控制、驅動設備等電源要求：控制設備需連續供應AC220V控制電源驅動設備需要DC110V驅動電源。

    （7）火災自動報警系統。負載類型．計算機網絡設備、報警控制器等電源要求需連續供應AC220V電源。

    （8）變電所直流輔助電源。負載類型:裝置電源、控制電源、電機電源，電源要求能連續供應DC220V電源。

    （9）車站應急照明系統。負載類型．包括疏散照明和備用照明，電源要求能連續供應AC220V電源。

    UPS電源整合范圍分析

    根據各弱電系統電源需求、電源特點分析如下：

    （1）通信、信號，綜合監控（含環境與設備監控．門禁）辦公自動化系統自動售檢票、火災自動報警主要為計算機和網絡設備等容性負載，需AC380/220V電源，適于采用電源進行供電。

    （2）屏蔽門系統的負載主要分布在站臺上，且屏蔽門的驅動電機屬于電感性負載，功率因數比較低，沖擊電流大若采用源整合系統供電，電會明顯影響電壓穩定，降低電源質量。因此，屏蔽門系統不適宜采用電源整合系統供電，宜獨立設置后備電源，不納入電源整合系統整合范圍。

    （3）變電所與車站弱電系統一般設置在車站兩端電源靠近各弱電系統負荷中心設置因此變電所負載距電源室的距離跨越整個車站，供電線路迂回，線路壓降大。故變電所操作電源宜獨立設置。

    （4）應急照明主要是電感性負載，其負載分布在整個車站范圍內且點多面廣，供電線路迂回，因此應急照明系統不宜納入電源整合范圍。

    綜上所述．通信、信號、綜合監控（含環境監控、門禁）辦公自動化自動售檢票、火災自動報警等系統納入電源整合范圍．即各系統共用一套電源。

    屏蔽門系統、變電所輔助電源應急照明由各個系統獨立設置后備電源，不納入電源整合范圍。

    電源整合系統構成

    地鐵中各弱電系統對電源的可靠性要求很高,電源斷電時會造成地鐵停運甚至人身傷害,帶來不可估計的損失，因此各車站電源整合系統分別設置兩套電源裝置（含整流器、逆變器、蓄電池）、負載同步控制器、智能控制單元等。電源整合系統的構成見圖1。

    UPS電源整合系統硬件構成

    （1）電源及蓄電池設置。設置兩套電源裝置，在工程實施工程中，具體收集每一個設備的用電需求資料，并由此計算出較精確的容量。為確保能夠長期安全可靠的運行，推薦UPS的最大負載量一般為60％～80％UPS的額定輸出功率。根據相關工程經驗，典型地鐵車站各弱電系統的負載總量一般約為130kVA左右，所以每套UPS的容量可選160kVA。

    設置兩組蓄電池運行方式靈活。可以退出一組蓄電池組進行維護不影響運營．可靠性、可維護性高。

    （2）負載同步控制器。當兩路UPS電源不同步時，在轉換過程中可能造成負載電壓的擾動、接通時電流過大而停機。如要在電源不同步時可靠地轉換．則必須增長間斷時間（一般為13ms）．這樣將對負載非常不利（計算機負載電源間斷時間不大于6ms）。

    設置負載同步控制器，可保證兩套UPS電源裝置輸出的電壓幅值相同波形相同、頻率相同，實現平穩可靠地轉換。

    （3）智能控制單元。智能控制單元負責控制管理UPS電源裝置蓄電池，對UPS電源整合系統監控信息上傳。

    UPS電源整合系統運行方式

    UPS電源整合系統分別從降壓所0.4V兩段母線引進一路AC380V電源作為兩套UPS裝置的輸入電源。

    正常工作時，兩套UPS裝置冗余并機運行．共同分擔其負載電流向各用電系統提供AC380/220V不問斷電源每臺UPS單機容量能滿足系統總容量要求。并設置智能控制單元，負責按設定的時間依次切除各種負荷。

    其系統構成示意圖如圖所示。

    在運行中，如遇到某臺UPS出現故障時，能通過選擇性操作自動將故障的UPS單機從UPS并機系統中脫離出來,系統仍能向它的負載提供具有高可利用率的高品質電源,從而提高UPS供電系統的可靠性。

    系統允許在UPS的逆變器電源供電的條件下，對位于UPS并機系統中的另一臺UPS單機執行“不帶電”的定期維護/故障檢修操作，提高UPS供電系統的可維護性。

    UPS電源整合注意事項

    合理的、定期的維護和保養，能降低設備故障率，提高設備的使用壽命保證電源系統的可用性。UPS在使用一段時間后需要進行定期檢查包括檢查其外觀是否異常．有沒有比較難聞的氣體的味道等：UPS一直不停電，蓄電池長期處于充電狀態電池活性變差，因此UPS需要定期（一般一個月進行一次）的放電以保持電池活性。

    進行電源系統集成后，全線的電源系統獨立性強且與其他專業的接口分界清晰有條件設置電源維護部門，配備專業技術人員實施維護和管理．避免錯誤的操作造成嚴重的設備損傷．降低設備可靠性和壽命。同時配置專業的維護、檢修工具，再配合以完善的維修、維護管理制度，保證電源系統設備處在良好的運行狀態．使先進的電源系統在關鍵時刻能發揮重要作用。

    綜上可知，城市軌道交通中弱電系統的UPS電源整合是適應軌道交通快速發展而出現的它對合理配置電源資源起到了較大的作用，提高了軌道交通弱電系統的經濟性、安全性，并減小了維護量。隨著軌道交通的快速發展，UPS整合電源必將得到快速發展和廣泛應用。■