北京軌道交通機(jī)場線工程車站電源整合

于　航

摘要：文章通過比較地鐵系統(tǒng)設(shè)置分散的不間斷電源方式與集中設(shè)置整合不間斷電源的方式理論分析和實(shí)測對比，提出了進(jìn)行電源整合，可降低運(yùn)營成本，提高運(yùn)營可靠性，實(shí)現(xiàn)資源共享。

關(guān)鍵詞：軌道交通；地鐵工程；電源設(shè)備；電源整合；不間斷電源

中圖分類號：U492

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-2374(2009)17-0027-02

城市軌道交通系統(tǒng)的車站內(nèi)包含眾多的弱電設(shè)備系統(tǒng)，如通信、信號、綜合監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、辦公自動化、門禁、自動售檢票、火災(zāi)自動報(bào)警、安全門、應(yīng)急照明、變電所綜合自動化等系統(tǒng)，均有各自計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及自動化控制設(shè)備，這些系統(tǒng)負(fù)責(zé)地鐵車站的旅客運(yùn)輸、環(huán)境監(jiān)控、信息傳遞和乘客導(dǎo)引等，都屬于重要或特別重要的負(fù)荷，為旅客提供舒適、安全的乘車環(huán)境。因其突出的重要性，其設(shè)備除了需要可靠的低壓電源外，還設(shè)置了各自的不間斷電源設(shè)備，以保證供電可靠性和供電質(zhì)量。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備電源需求不同，不間斷電源設(shè)備主要包括UPS、EPS、直流屏等。

由于車站分散設(shè)置的電源設(shè)備，增加運(yùn)營維護(hù)成本、車站占地面積，帶來眾多的不便。

一、目前地鐵工程不間斷電源設(shè)備設(shè)置現(xiàn)狀

目前大部分地鐵工程，通信、信號、綜合監(jiān)控、自動售檢票、火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)各設(shè)置一套UPS裝置，應(yīng)急照明系統(tǒng)設(shè)置EPS裝置一套或多套，安全門系統(tǒng)驅(qū)動部分設(shè)置直流電源屏一套、控制部分設(shè)置UPS裝置一套，變電所設(shè)置直流電源屏一套。每個車站需要設(shè)置約8套甚至更多不間斷電源裝置，每套裝置設(shè)置在各個系統(tǒng)設(shè)備的附近或設(shè)置在獨(dú)立的房間內(nèi)。在地鐵運(yùn)營期間，每個運(yùn)營部門都要配備電源維護(hù)工具，進(jìn)行各自獨(dú)立的電源管理。

二、電源整合的必要性

在以往的軌道交通工程中，車站各弱電系統(tǒng)分別配置自己的不間斷電源設(shè)備，各電源系統(tǒng)分散布置，相互獨(dú)立，主要存在如下問題：

1、在運(yùn)營維護(hù)中，各系統(tǒng)基本沒有設(shè)置專業(yè)的電源維護(hù)人員，造成實(shí)質(zhì)上的電源系統(tǒng)少維護(hù)或維護(hù)不當(dāng)?shù)臓顩r，導(dǎo)致蓄電池容量降低，不能達(dá)到備用時間要求。影響供電安全。

2、電源系統(tǒng)分散配置，存在設(shè)備重復(fù)配置、利用率低，占地面積大等缺點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)上不合理。

3、分散設(shè)置的方式無法實(shí)現(xiàn)資源共享。

4、隨著電力電子設(shè)備制造工藝和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，大容量電源系統(tǒng)和先進(jìn)控制技術(shù)在通信和電力系統(tǒng)中成熟使用，為軌道交通工程中實(shí)現(xiàn)對各個電源系統(tǒng)的整合提供了有利條件。電源整合已經(jīng)勢在必行。

三、電源整合目的

1、對各電源裝置進(jìn)行硬件整合和集中布置，便于電源系統(tǒng)的統(tǒng)一維護(hù)與管理。

2、通過集中布置減少設(shè)備用房面積，降低車站土建工程造價。

3、通過硬件整合減少設(shè)備重復(fù)配置，實(shí)現(xiàn)資源共享，節(jié)省設(shè)備投資。

四、整合方案

(一)電源整合的產(chǎn)生

由于電子設(shè)備在日常生活中、工業(yè)生產(chǎn)中、交通運(yùn)輸中的使用不斷增多，并且起到了不可代替的作用，在各個領(lǐng)域中電子設(shè)備的后備電源的采用也隨之增多。

在某些領(lǐng)域中，如：電力、通信、信號等領(lǐng)域有大量的電子設(shè)備集中設(shè)置，可能設(shè)置在集中的一個房間內(nèi)，或幾個相鄰的房間內(nèi)。如果對應(yīng)的每套設(shè)備都設(shè)置一套備用電源裝置，將增大設(shè)備投資，增加設(shè)備占地面積，增加維護(hù)維修工作量。因此，產(chǎn)生了早期的電源整合的想法。

(二)電源整合的發(fā)展

電源整合早期出現(xiàn)在電力、通信、信號等領(lǐng)域的內(nèi)部，范圍的整合。整合后有效地提高了電池的利用率，增加了系統(tǒng)的可靠性。這種方式在國內(nèi)外都有采用。

地鐵工程有著系統(tǒng)眾多，配合緊密、復(fù)雜的特點(diǎn)，多系統(tǒng)共存且互相依賴；對于地鐵的正常運(yùn)營，各個系統(tǒng)缺一不可。上個世紀(jì)末期，國外的部分地鐵工程對設(shè)備的備用電源進(jìn)行了整合，把幾個系統(tǒng)的備用電源取消，取而代之的是容量較大的一套備用電源設(shè)備。這種整合方式，應(yīng)用了早期整合的概念，并對那種系統(tǒng)內(nèi)部整合方式進(jìn)行擴(kuò)展；幾個不同的系統(tǒng)進(jìn)行了整合。

近期的國內(nèi)部分地鐵工程借鑒了國外的經(jīng)驗(yàn)，對地鐵系統(tǒng)的部分備用電源進(jìn)行了整合。至此，電源整合概念已經(jīng)被初步引入到了國內(nèi)地鐵工程中，但因初步引入整合概念，工程實(shí)施尚未到成熟階段。

(三)北京軌道交通機(jī)場線電源整合方案的選擇

對于本工程的技術(shù)要求較高，簡單的沿用以往技術(shù)，已經(jīng)不滿足機(jī)場線作為奧運(yùn)工程的需求。需要根據(jù)實(shí)際需要，吸取以往經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合目前設(shè)備的技術(shù)狀況，詳細(xì)分析確定其方案。

針對這種情況，本工程的電源整合方案已經(jīng)不能照搬照套既有方案，既有方案不能滿足本工程的需求。地鐵工程是多系統(tǒng)共存的復(fù)雜配合工程，需要考慮到所有的系統(tǒng)需求，使系統(tǒng)配合完善，可靠性更高。

經(jīng)過對以往工程的調(diào)查、研究，提出了多種方案，邀請了多位專業(yè)討論；不斷的完善、改正，最終得到了初步的方案：把UPS整合方式與直流整合方式相結(jié)合，吸取了兩種方案的優(yōu)點(diǎn)，推出，一種全新的綜合整合方式，同時滿足了本工程所有用電設(shè)備的需求，實(shí)現(xiàn)了真正意義的備用電源整合。

針對本方案，進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)備調(diào)研，找到可靠的滿足系統(tǒng)需求設(shè)備。對于本方案，需要大容量的整流裝置，對此調(diào)研了國內(nèi)幾個有實(shí)力的有自主研發(fā)能力的企業(yè)，均表示有此產(chǎn)品，并有在其他工程中應(yīng)用業(yè)績。至此，本方案已經(jīng)證實(shí)本方案的合理性，可以進(jìn)行工程實(shí)施。

(四)方案構(gòu)成

本方案集中設(shè)置電池，并進(jìn)行統(tǒng)一的電池管理、充電、放電，根據(jù)不同系統(tǒng)的不同電源需求，考慮設(shè)置電池，由多系統(tǒng)電子設(shè)備共同使用。

系統(tǒng)由一套電池裝置、監(jiān)控裝置、智能配電柜和相應(yīng)的逆變裝置(設(shè)置在用電設(shè)備附近)組成。

對于通信、信號等采用交流電源的設(shè)備在用電設(shè)備附近設(shè)置逆變設(shè)備，將直流220V電源逆變成交流220V電源；逆變設(shè)備接收直流電源外，同時接受兩路來自車站變電所的低壓交流電源(380／220V)。

對于供電系統(tǒng)的變電所斷路器操作電源、繼電保護(hù)裝置等采用直流電源設(shè)備，由本系統(tǒng)直接供電，提供兩路電源，互相備用。

當(dāng)整合系統(tǒng)外電源正常時，充電器直接對變電所設(shè)備供電；當(dāng)整合系統(tǒng)外電源故障時，電池設(shè)備放電，維持正常運(yùn)行。

系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖1所示。

(五)系統(tǒng)運(yùn)行方式

直流系統(tǒng)南低壓動照專業(yè)提供兩路獨(dú)立的三相AC380V輸入電源，兩路交流進(jìn)線電源互為備用，并設(shè)置進(jìn)線電源切換裝置。直流系統(tǒng)設(shè)置兩套充電裝置和兩組蓄電池并列運(yùn)行，保證在事故狀態(tài)下，滿足所有系統(tǒng)后備電源的供電要求。

兩路交流進(jìn)線電源全失電時，由蓄電池向各弱電系統(tǒng)提供后備電源，則開始計(jì)時各弱電系統(tǒng)的用電時間，按照不同后備時間順序切掉負(fù)載。

饋電開關(guān)切掉負(fù)載后，如果本系統(tǒng)交流進(jìn)線恢復(fù)正常供電，并且蓄電池電壓在正常范圍內(nèi)，則自動合上饋電開關(guān)。實(shí)現(xiàn)對電源進(jìn)行智能的自動化的管理。

五、結(jié)語

本工程采用了綜合電源整合方案，達(dá)到了電源整合的目的，實(shí)現(xiàn)了完整的整合方式，推動了電源整合技術(shù)的進(jìn)步。

(一)設(shè)備的外電源

未整合前每個用電系統(tǒng)只有兩路來自變電所低壓開關(guān)柜的交流電源。整合后，除以上兩路電源外，還有一路來自電源整合系統(tǒng)的直流電源；相當(dāng)于有三路外電源，可靠性大大提高。

(二)電池設(shè)置

經(jīng)過本工程的后備電源整合，使電池容量的設(shè)置更趨向合理化。由于設(shè)置統(tǒng)一共用的電池裝置，使得在保證系統(tǒng)可靠的前提下，降低了電池的總?cè)萘俊?/p>

(三)資源共享

通過本工程的整合方案實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了整個車站電池資源共享。本工程的電池容量設(shè)置，滿足車站整體停電時，所有設(shè)備的用電容量以及時間需求。當(dāng)單用電系統(tǒng)失去交流外電源時，設(shè)備可以得到更多的電池電源，用電時間大大延長，大大提高了電池的利用律。

(四)運(yùn)營維護(hù)

集中設(shè)置電池裝置后，由專門維護(hù)維修人員負(fù)責(zé)電池的管理，通過周期性的充放電，活化電池，將提高電池的使用壽命。同時，由專門維護(hù)維修人員進(jìn)行運(yùn)營管理，將大大提高工作效率。

(五)環(huán)保

本工程的綜合電源整合方案的實(shí)施，大大減少了電池設(shè)置數(shù)量，利于社會的環(huán)境保護(hù)。

本工程的整合方案充分的借鑒了國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)，詳細(xì)分析了本工程的特點(diǎn)以及系統(tǒng)需求，經(jīng)過多方討論、論證，并進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)備調(diào)研，成功的對地鐵車站的不間斷電源進(jìn)行了全部的整合，此方案在借鑒前人的基礎(chǔ)上，推進(jìn)并發(fā)展了電源整合的理念，使電源整合理念和方案漸趨成熟。

作者簡介：于航(1976-)，男(滿族)，遼寧興城人，中鐵電氣化勘測設(shè)計(jì)研究院工程師，研究方向：城市軌道交通供電系統(tǒng)。