不間斷電源系統(tǒng)在軌道交通的應(yīng)用

陳曉明

（廣州市地下鐵道總公司運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部，廣東 廣州 510310）

一、概述

在軌道交通中，電源系統(tǒng)主要為各車站、控制中心、停車場(chǎng)和車輛段設(shè)備提供高質(zhì)量、高可靠的電源，保證在市電故障或發(fā)生超限時(shí)，設(shè)備仍能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)正常工作，等待主電源恢復(fù)正常。

二、系統(tǒng)構(gòu)成及功能

電源系統(tǒng)由各車站、中心（含停車場(chǎng)）及車輛段的220V交流不間斷電源設(shè)備（UPS）及電源集中網(wǎng)管系統(tǒng)組成。UPS電源設(shè)備主要由交流輸入單元、整流單元、逆變單元、交流輸出配電單元、免維護(hù)閥控蓄電池組組成。集中網(wǎng)管系統(tǒng)由中心電源網(wǎng)管終端、傳輸通道及電源設(shè)備中的監(jiān)控模塊組成。

為了實(shí)現(xiàn)故障或緊急狀態(tài)下的電源供給，不間斷電源系統(tǒng)需至少具備以下功能：

1 電源設(shè)備具有輸出短路保護(hù)，能連續(xù)不斷地為設(shè)備提供電源供應(yīng)。

2 市電故障后，不間斷電源設(shè)備連續(xù)工作一段時(shí)間，在此期間，不間斷電源設(shè)備能為設(shè)備提供高質(zhì)量、高可靠的電源。

3 不間斷電源集中網(wǎng)管系統(tǒng)能集中監(jiān)控全線不間斷電源設(shè)備的交流部件（輸入電源、輸出電源）、整流部件、直流部件、逆變部件、免維護(hù)電池電壓等。具有多事件、多點(diǎn)同時(shí)告警功能，并可根據(jù)用戶權(quán)限進(jìn)行安全管理及用戶和網(wǎng)絡(luò)管理。

三、工作模式及特點(diǎn)

1 單機(jī)在線UPS工作模式及特點(diǎn)

市電正常供電時(shí)，交流輸入經(jīng)AC/ DC變換轉(zhuǎn)換成直流，一方面給蓄電池充電，另一方面給逆變器供電，逆變器自始至終都處于工作狀態(tài)，將直流電壓經(jīng)DC/AC逆變成交流給用電設(shè)備供電。當(dāng)市電供應(yīng)停止或超出工作范圍時(shí)，通過(guò)逆變器將蓄電池供給的直流電裝換為交流電為后端負(fù)載供電，供電時(shí)間的長(zhǎng)短受限于蓄電池容量。當(dāng)出現(xiàn)超載、UPS主機(jī)模塊故障或人為手動(dòng)進(jìn)行交流旁路供電時(shí)，UPS會(huì)將逆變輸出轉(zhuǎn)為市電直接輸出供給后端負(fù)載用電。

單機(jī)在線UPS供電方案是供電結(jié)構(gòu)中最簡(jiǎn)單的一種，系統(tǒng)由主機(jī)及蓄電池構(gòu)成，不需要專門(mén)的配電設(shè)計(jì)，并且安裝便捷，但供電系統(tǒng)的整體可靠性較低。

2 并機(jī)UPS工作模式及特點(diǎn)

為了提高供電系統(tǒng)的整體可靠性，電源系統(tǒng)從單機(jī)開(kāi)始想多機(jī)或并機(jī)組合形式發(fā)展，以下介紹兩種較為常見(jiàn)的并機(jī)方案及特點(diǎn)：

2.1 “1+1”并機(jī)方案

隨著并機(jī)技術(shù)的發(fā)展目前電源系統(tǒng)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)UPS在同一控制程序下穩(wěn)定協(xié)調(diào)工作，稱之為“1+1”并機(jī)。正常工作時(shí)兩臺(tái)UPS各承擔(dān)50%負(fù)載；若其中一臺(tái)UPS出現(xiàn)故障，另一臺(tái)UPS自動(dòng)承擔(dān)100%負(fù)載；故障修復(fù)后可直接投入并機(jī)，兩臺(tái)UPS自動(dòng)均分負(fù)載；若故障未修復(fù)時(shí)帶載UPS也出現(xiàn)故障，將自動(dòng)切換至帶載UPS旁路；當(dāng)兩臺(tái)UPS全部維修好以后，按并機(jī)開(kāi)啟步驟可將兩臺(tái)UPS投入到“1+1”并機(jī)工作狀態(tài)。

“1+1”并機(jī)相對(duì)單機(jī)UPS，多了一臺(tái)UPS自動(dòng)承擔(dān)100%負(fù)載安全保護(hù)措施，可以有效避免逆變器切換至旁路時(shí)造成的切換風(fēng)險(xiǎn)，“1+1”并機(jī)相對(duì)性能穩(wěn)定的單機(jī)安全可靠性又得到了較大的提高。

2.2 “N+1”并機(jī)方案

“N+1”并機(jī)方案主要是解決當(dāng)負(fù)載功率大于UPS單機(jī)功率時(shí)的帶載問(wèn)題。當(dāng)負(fù)載功率大于UPS單機(jī)功率時(shí)，可以用多臺(tái)UPS并機(jī)分擔(dān)負(fù)載，考慮到安全性，再加一臺(tái)UPS做為備用，當(dāng)其中一臺(tái)UPS故障時(shí)，備用UPS投入運(yùn)行承擔(dān)負(fù)載，此方案則為“N+1”并機(jī)方案。

此方案多用于大型數(shù)據(jù)中心。大型企業(yè)用戶出于安全考慮，負(fù)載盡可能避免由一套UPS系統(tǒng)集中供電，而將大系統(tǒng)分成多個(gè)小系統(tǒng)單獨(dú)供電，這樣可以有效地降低因并機(jī)數(shù)量太多和UPS控制系統(tǒng)難度增大而造成的風(fēng)險(xiǎn)。

四、關(guān)于蓄電池的應(yīng)用

在電源系統(tǒng)中蓄電池是供電系統(tǒng)的重要組成部分，一旦交流供電/市電供電中斷或UPS主機(jī)主要模塊發(fā)生故障無(wú)法啟用時(shí)，就必須依靠蓄電池提供的直流電通過(guò)UPS逆變整流模塊向后端負(fù)載設(shè)備提供后備電源，從而保證系統(tǒng)設(shè)備的不斷電運(yùn)行。

在單機(jī)UPS系統(tǒng)中一般配置一組蓄電池，容量為后端系統(tǒng)設(shè)備所需緊急用電量。但在1+1或N+1并機(jī)系統(tǒng)中為了提高后備電源的可靠性及蓄電池管理的便利，可能配置多組蓄電池。在市電供電及UPS主機(jī)正常工作狀態(tài)下，蓄電池處于浮充狀態(tài)以保持電量充足。隨著電子工業(yè)及電源行業(yè)的發(fā)展，UPS的穩(wěn)定性可靠性在逐步提升，整體的市電、工業(yè)用電提供的電源也更為穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)，蓄電池組真正作為后備電源提供用電的幾率在不斷地下降。在現(xiàn)代工業(yè)中，智能化設(shè)備越來(lái)越多，智能化控制功能也越發(fā)全面，相應(yīng)的用電成本也在不斷地增長(zhǎng)。在供電系統(tǒng)中引入智能化控制設(shè)備，使用一半的后備電池電量作為高峰期時(shí)設(shè)備用電供給，非用電高峰期期間使用市電配電，。一方面降低了企業(yè)用電的費(fèi)用，另一方面對(duì)于蓄電池的壽命和健康程度的監(jiān)控更為合理，在常態(tài)使用過(guò)程中更便于UPS及蓄電池的維護(hù)維修。

結(jié)語(yǔ)

隨著電子行業(yè)的發(fā)展，設(shè)備集成度越來(lái)越高，對(duì)于設(shè)備運(yùn)行可靠穩(wěn)定的保障要求越來(lái)越高，不間斷電源系統(tǒng)將主要以并機(jī)多機(jī)形式組合使用，如能同步配套電力智能化控制設(shè)備，提高蓄電池電能利用，將能大力提升系統(tǒng)設(shè)備的節(jié)能用電，提高電源系統(tǒng)的可用性。

[1]上海申通地鐵集團(tuán)有限公司軌道交通培訓(xùn)中心.城市軌道交通通信技術(shù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2012（05）.

[2]李偉，徐幼銘，林瑜筠，嚴(yán)嬋玲.城市軌道交通通信[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2012（07）.

[3]何宗華，汪松滋，何其光.城市軌道交通通信信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行與維修[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007（01）.