地鐵車站弱電系統(tǒng)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，由于電壓浪涌、電壓尖峰、電壓瞬變、電壓跌落、持續(xù)過壓或者欠壓甚至電壓中斷等電網(wǎng)質(zhì)量問題，使計(jì)算機(jī)等設(shè)備的電子系統(tǒng)受到干擾，造成敏感元件受損、信息丟失、磁盤程序被沖掉等嚴(yán)重后果，引起巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，UPS日益受到重視，并逐漸發(fā)展成一種具備穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、濾波、抗電磁和射頻干擾、防電壓浪涌等功能的電力保護(hù)系統(tǒng)。UPS電源不僅能提供持續(xù)的電源供應(yīng)，還具有對(duì)市電進(jìn)行穩(wěn)壓、穩(wěn)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(tǒng)主要包括通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、屏蔽門系統(tǒng)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)和主控系統(tǒng)等。通信系統(tǒng)又分為地鐵專用通信、民用通信和公安通信三部分。弱電系統(tǒng)負(fù)荷大部分是計(jì)算機(jī)類負(fù)載，作為地鐵這樣一種大規(guī)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(tǒng)的供電特點(diǎn)是：一級(jí)負(fù)荷，各系統(tǒng)分別由來自變電所兩段母線分別饋出一路電源，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(diào)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(fù)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(duì)負(fù)載提供交流電源。對(duì)在線式UPS電源而言，在正常情況下，無論有無市電，它總是由UPS電源的逆變器對(duì)負(fù)載供電，這樣就避免了所有由市電電網(wǎng)電壓波動(dòng)及干擾帶來的影響。顯而易見，在線式UPS電源的供電質(zhì)量明顯優(yōu)于后備式UPS電源，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的穩(wěn)頻、穩(wěn)壓供電，且在由市電供電轉(zhuǎn)換到蓄電池供電時(shí)，其轉(zhuǎn)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(jī)型的兩套UPS設(shè)備串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)主從熱備，主機(jī)一直滿載，備機(jī)蓄電池長期浮充，有一定的轉(zhuǎn)換實(shí)時(shí)間，擴(kuò)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(shè)備并聯(lián)均分負(fù)載，相比串聯(lián)冗余具有一定的優(yōu)勢，在市場中占有的份額越來越大，新型模塊式UPS的出現(xiàn)將并聯(lián)冗余發(fā)展到一個(gè)新的臺(tái)階。模塊化UPS是從設(shè)計(jì)和工作的原理方面來講的，其本身(也就是模塊)就是一臺(tái)UPS，包括整流器、逆變器、靜態(tài)旁路開關(guān)及附屬的控制電路、CPU主控板。它可以打破傳統(tǒng)的“1+1”或“N+1”的冗余機(jī)制，實(shí)現(xiàn)“N+X”的故障冗余及升級(jí)擴(kuò)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(xiàn)了并聯(lián)系統(tǒng)的在線維護(hù)，同時(shí)無需專門的儀器或技術(shù)即可進(jìn)行，提高了UPS系統(tǒng)的可靠性和適用性。模塊式UPS的出現(xiàn)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(jī)結(jié)構(gòu)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(tái)大功率UPS向車站整個(gè)弱電系統(tǒng)負(fù)載提供應(yīng)急供電。分散供電是現(xiàn)在比較流行的一種配備方式，就是根據(jù)設(shè)備的需要分別配備適合的中小功率UPS。



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

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



（注：屏蔽門控制室在信號(hào)設(shè)備室下面的站臺(tái)區(qū)）

地鐵各系統(tǒng)對(duì)UPS的要求的共同點(diǎn)如下：

*高可靠性；

*電源質(zhì)量優(yōu)質(zhì)，具有穩(wěn)壓和限流功能等；

*在市電故障情況下能安全自動(dòng)投入，轉(zhuǎn)換時(shí)間越短越好；

*整機(jī)效率要求較高；

*UPS為在線式；

*易于實(shí)現(xiàn)電源監(jiān)控；

*功率因數(shù)盡量高，降低對(duì)電網(wǎng)的影響。

地鐵各系統(tǒng)對(duì)UPS備用時(shí)間的要求如下：

*屏蔽門控制電源備份0.5小時(shí)；

*通信系統(tǒng)重要負(fù)荷備份4小時(shí)，次重要負(fù)荷備份1小時(shí)；

*信號(hào)系統(tǒng)車站為0.25小時(shí)；

*主控系統(tǒng)要求備份時(shí)間0.5小時(shí)；

*AFC系統(tǒng)備份時(shí)間為0.5小時(shí)。

地鐵弱電系統(tǒng)房間布置相對(duì)較集中，對(duì)UPS的要求也有很多共同點(diǎn)，整個(gè)弱電系統(tǒng)使用一套UPS集中供電具有一定的可行性。地鐵弱電系統(tǒng)UPS集中供電系統(tǒng)圖如圖4所示，車站配置一個(gè)專門的弱電系統(tǒng)綜合電源室，由地鐵車站靠近車控室端的變電所0.4KV開關(guān)柜室兩端母線分別饋出一回路，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UPS處理后按照備份時(shí)間的不同分別向地鐵車站各弱電系統(tǒng)饋出，可根據(jù)各弱電系統(tǒng)的需求和功能定位的區(qū)別來確定饋出回路數(shù)。



但是，上述各系統(tǒng)雖然在地鐵都屬重要弱電系統(tǒng)，各弱電系統(tǒng)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)生安全問題主要有三種情況：信號(hào)故障、停電和火災(zāi)，可見信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)具有很高的安全性和可靠性，凡涉及行車安全的設(shè)備必須滿足故障-安全原則。屏蔽門系統(tǒng)在區(qū)間火災(zāi)事故等情況下也顯得尤為重要，高可靠性的UPS電源能保證屏蔽門在火災(zāi)事故下處于開門位置，方便乘客從區(qū)間向車站站臺(tái)疏散，等等。如果各系統(tǒng)共用一套集中UPS供電，就會(huì)增加故障點(diǎn)，其它弱電系統(tǒng)的故障可能會(huì)影響整個(gè)UPS系統(tǒng)的正常工作，這樣就可能增大故障范圍。另外，若地鐵車站整個(gè)弱電系統(tǒng)采用集中UPS供電，

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

地鐵通信系統(tǒng)以往是地鐵專用通信、民用通信和公安通信單獨(dú)設(shè)各自的UPS系統(tǒng)，目前已有地鐵實(shí)現(xiàn)了地鐵通信系統(tǒng)內(nèi)部的UPS集中供電。

4、結(jié)論

隨著數(shù)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(yuǎn)程監(jiān)控水平等也會(huì)得到不斷的提高，地鐵整個(gè)弱電系統(tǒng)采用一套大型的UPS集中供電不久將可能實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張紀(jì)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(tǒng).南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24(3).

[3]汪家榮，石俊杰.中、大型UPS蓄電池監(jiān)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(tǒng)應(yīng)用手冊[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[5]李成章.現(xiàn)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(tái)大功率UPS向車站整個(gè)弱電系統(tǒng)負(fù)載提供應(yīng)急供電。分散供電是現(xiàn)在比較流行的一種配備方式，就是根據(jù)設(shè)備的需要分別配備適合的中小功率UPS。



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

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



（注：屏蔽門控制室在信號(hào)設(shè)備室下面的站臺(tái)區(qū)）

地鐵各系統(tǒng)對(duì)UPS的要求的共同點(diǎn)如下：

*高可靠性；

*電源質(zhì)量優(yōu)質(zhì)，具有穩(wěn)壓和限流功能等；

*在市電故障情況下能安全自動(dòng)投入，轉(zhuǎn)換時(shí)間越短越好；

*整機(jī)效率要求較高；

*UPS為在線式；

*易于實(shí)現(xiàn)電源監(jiān)控；

*功率因數(shù)盡量高，降低對(duì)電網(wǎng)的影響。

地鐵各系統(tǒng)對(duì)UPS備用時(shí)間的要求如下：

*屏蔽門控制電源備份0.5小時(shí)；

*通信系統(tǒng)重要負(fù)荷備份4小時(shí)，次重要負(fù)荷備份1小時(shí)；

*信號(hào)系統(tǒng)車站為0.25小時(shí)；

*主控系統(tǒng)要求備份時(shí)間0.5小時(shí)；

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