UPS在城市軌道交通中的應(yīng)用

甘 勇

中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司通號(hào)處,湖北武漢 430063

UPS在城市軌道交通中的應(yīng)用

甘 勇

中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司通號(hào)處,湖北武漢 430063

UPS是不間斷電源的簡(jiǎn)寫(xiě)，是提供持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷電源的重要設(shè)備。城市軌道交通各機(jī)電系統(tǒng)中主電源需采用UPS裝置以保證供電的正常運(yùn)行。本文對(duì)城市軌道交通中UPS的冗余供電方式和容量計(jì)算進(jìn)行淺析。

城市軌道交通；不間斷電源；冗余

近年城市軌道交通發(fā)展迅猛，各機(jī)電系統(tǒng)是軌道交通運(yùn)營(yíng)指揮、企業(yè)管理、服務(wù)乘客和傳遞信息的平臺(tái)，保證列車(chē)安全高效運(yùn)營(yíng)，為乘客提供高質(zhì)量的服務(wù)。其中供電設(shè)備的可靠性就成了重中之重，市電電網(wǎng)中接有各種各樣負(fù)載，對(duì)電網(wǎng)造成干擾和污染，惡化供電質(zhì)量，影響負(fù)載的正常運(yùn)行。UPS供電系統(tǒng)的建設(shè)目的，是通過(guò)UPS供電系統(tǒng)給機(jī)電系統(tǒng)用電設(shè)備提供高質(zhì)量的、不間斷電源，來(lái)保證用電設(shè)備正常工作。

1 UPS的種類(lèi)

UPS主要由整流器、蓄電池、逆變器和靜態(tài)開(kāi)關(guān)等幾部分組成。UPS分以下幾種類(lèi)型：

1）在線式UPS：UPS一直使其逆變器處于工作狀態(tài)，它先通過(guò)電路將外部交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡偻ㄟ^(guò)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電輸出給負(fù)載。在停電時(shí)則使用備用直流電源（蓄電池組）給逆變器供電，由于逆變器一直在工作，因此不存在切換時(shí)間問(wèn)題，適用于對(duì)電源有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合；

2）后備式UPS：平時(shí)處于蓄電池充電狀態(tài)，停電時(shí)逆變器緊急切換到工作狀態(tài)，將電池提供的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定交流電輸出，因此后備式UPS也被稱(chēng)為離線式UPS；

3）在線互動(dòng)式UPS：這是一種智能化UPS，輸入市電正常時(shí)，UPS 逆變器處于反向工作給電池組充電，在市電異常時(shí)逆變器立刻投入逆變工作，將電池組電壓轉(zhuǎn)換為交流電輸出，因此在線互動(dòng)式 UPS 有轉(zhuǎn)換時(shí)間。在城市軌道交通系統(tǒng)中，各機(jī)電系統(tǒng)中負(fù)載對(duì)供電電源可靠性要求高，所以各機(jī)電系統(tǒng)主電源UPS一般采用在線式，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

2 冗余備份的供電方式

軌道交通各機(jī)電系統(tǒng)用UPS是以冗余備份方式工作的。從冗余配置方案看，有以下方式：主從型熱備份供電方式；直接并機(jī)冗余供電方式；雙總線冗余供電方式。

1）主從熱備份供電方式：熱備份冗余方式為兩套UPS串聯(lián)切換。正常運(yùn)行時(shí)，只有主UPS給關(guān)鍵負(fù)載供電，而另一臺(tái)處于空載狀態(tài)，如果主UPS有故障不能運(yùn)行，它就切換到旁路，而備用UPS在過(guò)了大約2～8ms后自動(dòng)接替工作。這種結(jié)構(gòu)價(jià)格經(jīng)濟(jì)，但有許多單點(diǎn)故障。如果主UPS出了故障，另一臺(tái)必須接替全部負(fù)載，意味著在約8ms內(nèi)，另一臺(tái)必須把供電從0增加到100%，此方式缺陷在于備用UPS長(zhǎng)期處于空載狀態(tài)，其電池壽命會(huì)縮短、容量會(huì)下降，且備用UPS得具有階躍性負(fù)載承載能力，無(wú)擴(kuò)容能力。由于人們很難實(shí)時(shí)了解備用UPS各部分有無(wú)故障或隱患，當(dāng)要啟動(dòng)備用機(jī)時(shí)，可能就無(wú)法正常工作了。

2）直接并機(jī)冗余供電方式：n+1型UPS冗余并機(jī)供電方案是在確保各臺(tái)UPS單機(jī)的輸出處于電壓幅度相同，輸出頻率和相位相同條件下，將n+1 臺(tái)具有相同輸出功率UPS單機(jī)的輸出端并聯(lián)起來(lái)，共同向具有n臺(tái)UPS單機(jī)輸出功率的負(fù)載供電。正常工作時(shí)，由n+1臺(tái)UPS平均分擔(dān)負(fù)載電流，當(dāng)某臺(tái)UPS出故障時(shí)，在并機(jī)控制信號(hào)調(diào)控下，在將故障UPS自動(dòng)脫機(jī)的同時(shí)，由剩下n臺(tái)UPS繼續(xù)供電。

3）雙總線冗余供電方式：在UPS供電系統(tǒng)中，輸出端與負(fù)載間配有配電柜、斷路器等，若碰到檢修或產(chǎn)生故障等，上幾種配置形式將引起負(fù)載停電，即系統(tǒng)的故障率雖降低，但可維護(hù)性并沒(méi)徹底解決。因此，可采用雙總線冗余配置，此方案中分別設(shè)有UPS系統(tǒng)1和UPS系統(tǒng)2兩套系統(tǒng)。在軌道交通中，各機(jī)電系統(tǒng)采用雙總線冗余供電方式來(lái)增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，消除可能出現(xiàn)在UPS輸出端與最終地鐵用戶負(fù)載端之間的單點(diǎn)瓶頸故障隱患，提高輸出電源供電系統(tǒng)的容錯(cuò)功能。

3 UPS的實(shí)際應(yīng)用

在城市軌道交通機(jī)電系統(tǒng)中，UPS設(shè)備在車(chē)站、車(chē)輛段和控制中心都有應(yīng)用。通信系統(tǒng)在車(chē)站設(shè)2套，為專(zhuān)用系統(tǒng)UPS和公共設(shè)備UPS，在控制中心設(shè)1套為中央級(jí)設(shè)備供電，在車(chē)輛段設(shè)1套為培訓(xùn)維修及交換機(jī)等設(shè)備供電；車(chē)站信號(hào)系統(tǒng)采用較大容量UPS，控制中心和車(chē)輛段較小容量UPS；綜合監(jiān)控系統(tǒng)由設(shè)備監(jiān)控、防災(zāi)報(bào)警和電力監(jiān)控3個(gè)子系統(tǒng)組成，一般車(chē)站主控設(shè)備室設(shè)1套，控制中心設(shè)1套為綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備供電，設(shè)1套為大屏幕設(shè)備供電，在車(chē)輛段設(shè)1套；在車(chē)站設(shè)BAS、AFC、PIS的UPS設(shè)備，車(chē)輛段設(shè)置BAS的UPS設(shè)備；在車(chē)站屏蔽門(mén)控制室設(shè)1套UPS。

UPS供電有分散與集中供電兩種。在城市軌道交通供電系統(tǒng)中集中供電方式成為趨勢(shì)。集中供電整體成本比分散供電成本低，隨著UPS容量增加其單位容量成本是降低的；集中供電可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分散供電，大容量UPS的可靠性高于中小容量UPS；集中供電便于安裝維護(hù)與管理，分散供電需要安裝空間多，布線缺乏規(guī)劃等，集中供電系統(tǒng)可以通過(guò)后臺(tái)監(jiān)控軟件在一臺(tái)PC上對(duì)UPS統(tǒng)一監(jiān)控和管理，而分散供電達(dá)到相同效果投資更大。在深圳3號(hào)線已采用集中供電方式，很多在新設(shè)計(jì)的線路也在采用集中供電的方式。但屏蔽門(mén)系統(tǒng)有許多電機(jī)性負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)會(huì)有較大沖擊電流，對(duì)UPS逆變器產(chǎn)生沖擊，會(huì)產(chǎn)生過(guò)載或轉(zhuǎn)旁路，所以一般建議單獨(dú)供電。

UPS容量根據(jù)負(fù)載總?cè)萘看_定，一般可以按下列公式選擇：UPS容量≥負(fù)載容量/0.8，即負(fù)載容量為UPS額定容量的80%以下，選擇80%負(fù)載主要是考慮負(fù)載啟動(dòng)沖擊電流以及今后擴(kuò)容需要。在配置ups蓄電池時(shí)要注意，由于UPS通常采用大量電池組為備用電源，電池多、重量重，在設(shè)計(jì)房間要關(guān)心載荷的計(jì)算，用戶可根據(jù)所需的UPS容量計(jì)算出電池的型號(hào)和重量，在機(jī)房籌建裝修時(shí)與建設(shè)方或設(shè)計(jì)方提結(jié)構(gòu)承重加固事宜或采用零散架等，如果UPS容量很小就不必考慮了，安裝時(shí)必須要考慮到UPS系統(tǒng)安裝地板的承重，UPS電池柜最好裝在地面樓層或載重梁處。

4 結(jié)論

城市軌道交通工程是百年工程、民生工程，合理采用UPS的結(jié)構(gòu)與供電方式將對(duì)軌道交通機(jī)電系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生較大影響。

[1]吳阿明.UPS系統(tǒng)配置方式及采用雙母線供電方案建議[J].紹興文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2006.

U239.5

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1674-6708（2010）24-0170-01