地鐵弱電系統(tǒng)集中UPS設(shè)計

◎ 鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司 王凱杰 王小飛

【關(guān)鍵字】弱電集中UPS 用電容量 備用時間 分時切斷

1、引言

早期地鐵弱電系統(tǒng)主要有通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)，隨著近年來計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展以及乘客對地鐵服務水平需求的提高，地鐵弱電系統(tǒng)的范圍越來越廣，目前主要有通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)（AFC）、綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）、綜合安防系統(tǒng)（ISDS，含門禁）、乘客資訊系統(tǒng)（PIS）等，這些系統(tǒng)供電負荷等級均為一級或二級負荷，需要通過UPS供電，以便在市電掉電時進行緊急操作。因為各系統(tǒng)計算對供電容量要求時都比較保守，如果按照傳統(tǒng)設(shè)計方法每個系統(tǒng)都自設(shè)UPS，那么總的用電容量將會很大，導致電力專業(yè)做供電設(shè)計時對設(shè)備容量計算不準確，設(shè)計值過大，不但造成投資和電能的浪費，給電網(wǎng)造成較大的壓力，而且UPS的效率也會很低。另外過多的UPS涉及的規(guī)格型號過多、過亂，給運營維護管理帶來很大不便，所以對地鐵車站的弱電UPS進行整合勢在必行。

2、各系統(tǒng)UPS整合可行性分析

地鐵中弱電系統(tǒng)眾多，而且運營管理部門分散，所以在進行UPS整合設(shè)計時應根據(jù)系統(tǒng)的運營管理模式、系統(tǒng)的安全性及可維護性對各系統(tǒng)進行分析，以確定合理的整合范圍。

地鐵通信系統(tǒng)主要由專用通信系統(tǒng)、公眾通信系統(tǒng)及警用通信系統(tǒng)構(gòu)成。其中專用通信系統(tǒng)歸地鐵運營管理；公眾通信系統(tǒng)中的傳輸子系統(tǒng)由地鐵建設(shè)方投資建設(shè)，運營商租用；警用通信系統(tǒng)由地鐵建設(shè)方代建，建成后交付公安部門運營管理。因此在UPS整合設(shè)計時，考慮到運營管理的部門不一致，建議將專用通信系統(tǒng)以及公眾通信系統(tǒng)中的傳輸子系統(tǒng)納入集中UPS的供電范圍，其它設(shè)備所需UPS由各運營方設(shè)置并單獨管理。

信號系統(tǒng)設(shè)備主要由計算機、網(wǎng)絡設(shè)備、控制設(shè)備以及信號機、轉(zhuǎn)轍機等組成，其中車載設(shè)備由車輛負責供電，轉(zhuǎn)轍機用電可不納入UPS系統(tǒng)。由于信號系統(tǒng)涉及行車安全，雖然可納入集中UPS供電范圍，但在具體設(shè)計時需與信號專業(yè)協(xié)商供電的范圍及方式。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)（含F(xiàn)AS、BAS、SCADA）是地鐵弱電系統(tǒng)的信息共享平臺，除SCADA子系統(tǒng)涉及供電電系統(tǒng)外，其它系統(tǒng)設(shè)備均可納入集中UPS供電范圍。

自動售檢票系統(tǒng)、乘客資訊系統(tǒng)、綜合安防系統(tǒng)主要由計算機、網(wǎng)絡設(shè)備、存儲設(shè)備及閘機、售票機、充值機、各種顯示屏、攝像頭、編碼器、解碼器、監(jiān)視器等終端設(shè)備組成，這些系統(tǒng)以IT設(shè)備為主，在弱電集中UPS設(shè)計時應根據(jù)不同類型設(shè)備的特點計算所需UPS的容量和備用時間。

綜上所述，弱電系統(tǒng)的負載類型基本一致，在技術(shù)上均可以納入集中UPS統(tǒng)一供電，在實際設(shè)計中可根據(jù)不同地方的運營維護模式和安全性要求進行UPS整合。

表1 地鐵標準地下車站各系統(tǒng)用電容量及后備時間表

3、地鐵弱電系統(tǒng)用電分析

在《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB 50157-2003）中，地鐵各弱電系統(tǒng)用電負荷等級及蓄電池備用時間不盡相同，例如通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、FAS系統(tǒng)按一級負荷供電，而AFC系統(tǒng)要求供電負荷不低于二級，通信系統(tǒng)備用時間為4小時、FAS系統(tǒng) 為1小時，信號系統(tǒng)備用時間為30分鐘，AFC系統(tǒng)對備用時間無具體要求。另外，綜合監(jiān)控系統(tǒng)、乘客資訊系統(tǒng)、綜合安防系統(tǒng)是近幾年才發(fā)展起來的，在《地鐵設(shè)計規(guī)范》中沒有具體條文規(guī)定用電要求。因此在進行弱電集中UPS設(shè)計時要統(tǒng)一各系統(tǒng)的負荷等級，按照一級負荷設(shè)計，蓄電池備用時間可由UPS配電柜按照規(guī)范要求時長做分時切斷。在設(shè)計時應對各系統(tǒng)的用電特點進行分析，詳細計算各系統(tǒng)的用電負荷，表1為根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗及實際工程計算得出的標準地下車站各弱電系統(tǒng)的用電容量（見表1）：

綜合監(jiān)控系統(tǒng)的用電容量只包括車站級設(shè)備，F(xiàn)AS、BAS用電容量單獨計算，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的備用時間參照FAS系統(tǒng)備用時間。AFC、PIS的備用時間是根據(jù)工程經(jīng)驗確定的，閘機備用時間按完成一次操作計算。由于不同地鐵線路建設(shè)方對信號系統(tǒng)納入弱電集中UPS供電存在不同要求，因此如信號系統(tǒng)不納入集中UPS，則UPS容量只需120KVA，信號系統(tǒng)非集中站容量按10KVA另外計算。通信系統(tǒng)容量只計算專用通信系統(tǒng)及公眾通信系統(tǒng)中的傳輸子系統(tǒng)。

4、弱電集中UPS供電設(shè)計方案

通過以上分析，地鐵弱電系統(tǒng)采用集中UPS供電是可行的，在具體設(shè)計中應根據(jù)實際工程情況進行方案設(shè)計。

在設(shè)計中應根據(jù)各系統(tǒng)的用電位置、容量、備用時間等因素統(tǒng)一設(shè)計。一般應遵循以下設(shè)計原則：

（1）針對各系統(tǒng)的不同備用時間，應在配電柜能對各系統(tǒng)用電進行分時切斷。

（2）對于各系統(tǒng)中相對獨立的子系統(tǒng)可分回路供電，例如通信系統(tǒng)中的專用通信系統(tǒng)與公眾通信系統(tǒng)。

（3）集中UPS對每個系統(tǒng)的供電方式為每回路三相，AC380V，各系統(tǒng)分別對系統(tǒng)設(shè)備做二次配電，負責三相負載平衡。

（4）應詳細計算蓄電池的容量，確定電池及電池柜的數(shù)量。

（5）由于集中UPS的容量較大，因此UPS柜及蓄電池柜的整體重量較大，宜單獨設(shè)置電源室并向結(jié)構(gòu)專業(yè)提供詳細的機房荷載要求。

下圖為深圳地鐵5號線車站弱電集中UPS的供電系統(tǒng)圖：

深圳地鐵5號線車站弱電集中UPS供電系統(tǒng)圖

在深圳地鐵5號線弱電集中UPS設(shè)計中，信號系統(tǒng)對集中UPS供電方式的安全性、可靠性有疑慮，因此未將信號系統(tǒng)納入，其它各弱電系統(tǒng)計算用電總?cè)萘繛?02KVA，選用容量為120KVA的在線式UPS，按一級負荷供電，在配電回路中采用時間繼電器實現(xiàn)各系統(tǒng)備用時間的分時切斷。另外，在配電柜預留備用回路，以便滿足今后新增設(shè)備用電。在實際設(shè)計中將全線各站弱電集中UPS納入設(shè)置在控制中心的UPS維護工作站進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)了對UPS的遠程監(jiān)控和維護。

在具體工程設(shè)計中還應注意：（1）相關(guān)專業(yè)計算本專業(yè)用電容量時要準確，不得另加裕量；（2）各專業(yè)計算用電量時是按照所有設(shè)備的額定負載相加計算的，在選取UPS時應根據(jù)工程經(jīng)驗適當折算，否則將導致UPS容量過大，效率降低；（3）UPS在帶70%額定容量負載時，效率最高，因此UPS系統(tǒng)容量（KVA）=用戶系統(tǒng)容量（KVA）/0.7。

5、結(jié)論

在地鐵設(shè)置弱電集中UPS可以解決各系統(tǒng)分設(shè)UPS帶來的運營維護管理的不便，實現(xiàn)了對UPS的遠程監(jiān)控及維護。集中UPS用電容量小于各系統(tǒng)分設(shè)UPS時總?cè)萘?，降低了對電力的用電負荷要求，也達到了節(jié)能的目標。在地鐵工程中采用弱電集中UPS供電是可行的，也是當前地鐵設(shè)計的趨勢。