城市軌道交通UPS集中供電系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用探討

陳紅林

摘要：軌道交通工程是城市建設(shè)中重要一部分，必須保證軌道交通供電系統(tǒng)的可靠性。據(jù)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，在軌道交通工程中采用集中UPS供電系統(tǒng)的可靠性要強(qiáng)于分散式UPS供電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。于此，在本文中對(duì)集中UPS供電系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以及應(yīng)用進(jìn)行了具體研究。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;UPS集中供電系統(tǒng);應(yīng)用

近年來(lái)，我國(guó)很多經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較好的城市都開(kāi)通了城市軌道交通，未來(lái)必然會(huì)向三四線城市發(fā)展。據(jù)研究表明，預(yù)計(jì)到2020年，城市軌道交通建設(shè)的總里程將達(dá)到6000 km以上，這也充分說(shuō)明城市軌道交通必然會(huì)成為城市發(fā)展的重要一部分。但是需要注意的是在城市軌道交通系統(tǒng)中，供電是重要的環(huán)節(jié)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題很容易引起重大安全事故，造成的損失是不可估量的，所以保證軌道交通系統(tǒng)的供電可靠性非常重要，而不間斷電源系統(tǒng)（UPS）裝置在保障軌道交通供電安全中發(fā)揮了不可或缺的作用。在不間斷電源系統(tǒng)（UPS）裝置裝置中，供電系統(tǒng)包括集中式UPS和分散式UPS兩種形式，經(jīng)過(guò)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)集中式UPS在可靠性方面更強(qiáng)?；诖?，筆者在文章中主要針對(duì)集中式UPS技術(shù)優(yōu)勢(shì)與其應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)和分析。

一、城市軌道交通UPS集中供電系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

城市軌道交通供電系統(tǒng)中根據(jù)各弱電系統(tǒng)設(shè)置上的差異將其分成UPS集中供電系統(tǒng)和UPS分散式供電系統(tǒng)兩種形式，在UPS分散式供電系統(tǒng)中各弱電系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置UPS，但是UPS集中供電系統(tǒng)中不是單獨(dú)設(shè)置UPS^[1]。下面筆者對(duì)兩種形式的供電系統(tǒng)進(jìn)行分析。如圖1所示是UPS分散式供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖：

UPS分散式供電系統(tǒng)方案：車站降壓變電400V一、二段母線中需要饋出多路電源并連接到雙電源自動(dòng)切換，然后連接通信、信號(hào)以及FAS系統(tǒng)，其中三個(gè)系統(tǒng)都有兩路電源連接到電源切換箱，在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)自動(dòng)切換電源就可以為系統(tǒng)供電^[2]。

UPS集中式供電系統(tǒng)與UPS分散式供電系統(tǒng)相比結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、直觀，如圖2所示是UPS集中式供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。車站降壓變電所400V一、二段母線饋出1路電源分別連接到雙電源自動(dòng)切換，然后與集中式UPS電源連接，并由集中式UPS電源連接配電屏，完成供電過(guò)程。

通過(guò)對(duì)分散式UPS和集中式UPS的供電流程分析，加上筆者的實(shí)踐工作總結(jié)，認(rèn)為集中式UPS無(wú)論是工程投資、設(shè)備采購(gòu)還是設(shè)備的運(yùn)營(yíng)維護(hù)等工作中都有很大優(yōu)勢(shì)：

1.節(jié)省成本投入，集中式UPS供電系統(tǒng)中需要饋出的回路少，相應(yīng)的設(shè)備數(shù)量也較少，很大程度上節(jié)省了不必要的支出;

2.在采購(gòu)方面的優(yōu)勢(shì)。集中式UPS供電系統(tǒng)方案中對(duì)于設(shè)備型號(hào)進(jìn)行了明確統(tǒng)一，提高了采購(gòu)環(huán)節(jié)的效率和便利性;

3.有助于集中監(jiān)控且易于維護(hù)保養(yǎng)，主要是因?yàn)榧惺経PS中將設(shè)備集中在一起，方便監(jiān)控和管理，而且也最大程度上減少了設(shè)備占用的面積。

二、城市軌道交通UPS集中供電系統(tǒng)技術(shù)的具體實(shí)施及應(yīng)用

（一）UPS集中式供電系統(tǒng)整合

UPS集中式供電系統(tǒng)在應(yīng)用到城市軌道交通工程中，必須深入了解哪些系統(tǒng)不適合納入到集中供電系統(tǒng)，這樣才能保障集中式UPS供電系統(tǒng)的可靠性。通過(guò)對(duì)實(shí)踐研究了解，筆者認(rèn)為如果是應(yīng)急照明系統(tǒng)則不宜納入到UPS集中供電系統(tǒng)或者EPS（即非在線式應(yīng)急電源系統(tǒng)）通常情況下也不能納入到UPS中^[3]。在具體實(shí)施過(guò)程中必須給予重視，以免對(duì)UPS集中供電系統(tǒng)技術(shù)的可靠性產(chǎn)生影響。

在對(duì)城市軌道交通UPS集中供電系統(tǒng)進(jìn)行整合時(shí)，必須考慮到負(fù)荷類型、供電負(fù)荷重要性、設(shè)備房分布以及車控室位置等多個(gè)因素，以免受到負(fù)荷的干擾影響集中供電系統(tǒng)的可靠性，尤其是UPS的風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵就在于它是“集中的”。因此，在選擇UPS集中供電系統(tǒng)時(shí)必須保證方案的科學(xué)和完善，除了配備電源、配電以及監(jiān)控系統(tǒng)以外，還要求在UPS供電系統(tǒng)方案設(shè)置時(shí)配備智能配電系統(tǒng)，并且監(jiān)控系統(tǒng)也需要在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)蓄電池、自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)以及智能配電設(shè)備等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，維持系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及正常供電。

（二）供電系統(tǒng)的并聯(lián)冗余方式

通常情況下，供電系統(tǒng)采用并聯(lián)冗余方式，具體分析如下：供電系統(tǒng)的并聯(lián)冗余就是在運(yùn)行時(shí)各UPS單機(jī)所處的地位是一樣的，并且要共同分擔(dān)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的符合，如果其中一臺(tái)UPS發(fā)生故障問(wèn)題，也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響，只需要由其他UPS承擔(dān)多出來(lái)的負(fù)荷就可以了。由此可見(jiàn)，在供電系統(tǒng)中采用并聯(lián)冗余的方式無(wú)論在可靠性、可用性還是維護(hù)管理等方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

在城市軌道交通供電系統(tǒng)的并聯(lián)冗余方式包括整體式與模塊式^[4]兩種方式，并且兩種方式在可靠性方面存在差異。下面筆者對(duì)兩種模式進(jìn)行具體分析：

1. 整體式“1+1”并機(jī)冗余方式

整體式“1+1”并機(jī)冗余就是利用兩臺(tái)UPS單機(jī)構(gòu)成供電系統(tǒng)，并且充分發(fā)揮全數(shù)字字實(shí)時(shí)矢量控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的均分調(diào)節(jié)與智能化控制過(guò)程。同時(shí)為了保證UPS集中供電系統(tǒng)輸出的一致性，必須要求UPS單機(jī)變輸出電壓幅度、頻率以及相位也具有一致性。

2.模塊式“N+X”并機(jī)冗余方式

通常情況下，在模塊式“N+X”并機(jī)冗余方式中需要使用多臺(tái)模塊式UPS（額定容量為10 kV·A的功率模塊）并聯(lián)構(gòu)成，供電系統(tǒng)的總?cè)萘啃枰鶕?jù)負(fù)載實(shí)際情況確定。當(dāng)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，只要不對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生影響，就可以對(duì)UPS進(jìn)行熱插撥維修方法。在系統(tǒng)中的監(jiān)控軟件，主要是對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、UPS單機(jī)狀態(tài)以及供電功能是否正常等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

通過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)相關(guān)資料查閱對(duì)整體式與模塊式方案的可靠性進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，“1+1”并機(jī)冗余模式中UPS單機(jī)的輸出功率可以達(dá)到標(biāo)稱功率的50%，即從理論角度來(lái)說(shuō)，能保證為供電系統(tǒng)提供200%的標(biāo)稱輸出功率。但是相比較“N+X”并機(jī)模式下，涉及的環(huán)節(jié)較多，理論可靠性低。因此，這兩種模式中整體式“1+1”并聯(lián)冗余方式的可靠性要明顯一些^[5]。

（三）集中式UPS供電系統(tǒng)的應(yīng)用

近年來(lái)，集中式UPS供電系統(tǒng)在一些軌道交通項(xiàng)目中得到應(yīng)用并且取得了比較好的效果。比如廣州地鐵4號(hào)線項(xiàng)目中，采用了集中UPS供電系統(tǒng)，相比較分散式UPS供電系統(tǒng)，無(wú)論是在總體造價(jià)成本還是可靠性和維修便利性方面都有一定優(yōu)勢(shì)。除了廣州地鐵4號(hào)線，還有地鐵7、9、11、13號(hào)線中也相繼采用了UPS集中式供電系統(tǒng)。此外，在北京、上海等地區(qū)的部分地鐵項(xiàng)目中也涉及了UPS集中式供電系統(tǒng)應(yīng)用，還有哈爾冰市軌道交通1號(hào)線一二期工程等等，其優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)，并且未來(lái)會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用。

結(jié)語(yǔ)

集中UPS供電系統(tǒng)在軌道交通中的應(yīng)用，相比較分散式UPS供電系統(tǒng)有著更加明顯的優(yōu)勢(shì)，尤其體現(xiàn)在系統(tǒng)安全性、設(shè)備可靠性以及成本優(yōu)勢(shì)等方面。但需要注意的是在制定集中UPS供電系統(tǒng)方案時(shí)，必須綜合考到系統(tǒng)設(shè)備的前期投入、空調(diào)系統(tǒng)的能耗以及設(shè)備維修維護(hù)的成本支出，這樣才能保證UPS集中供電系統(tǒng)技術(shù)的最優(yōu)化。

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[5]李成章.地鐵和軌道交通用高可利用率UPS供電系統(tǒng)[J].電氣應(yīng)用，2010，29（06）：20-24.

（作者單位：無(wú)錫地鐵集團(tuán)有限公司建設(shè)分公司）