城市轨道交通系统UPS整合应用

    城市轨道交通车站内包含众多的弱电设备系统，如通信、信号、综合监控、环境监控、办公自动化、门禁、自动售检票、火灾自动报警、屏蔽门、应急照明、变电所综合自动化等这些系统负责地铁车站的旅客运输环境监控、信息传递和乘客导引等，属于重要或特别重要的一级负荷，需要可靠性很高的电源．以保证供电质量和供电连续性。

    在以往的轨道交通工程中，车站各弱电系统分别配置自己的电源系统，存在设备重复配置、利用率低，占地面积大，经济上不合理等缺点。在运营维护中，各系统基本没有专业的电源维护人员，造成实质上的电源系统维护少或维护不当的状况导致蓄电池容量降低，不能达到备用时间要求。国内地铁曾发生由于蓄电池的原因，造成行车中断的情况。

    随着电力电子设备制造工艺和应用技术的发展，大容量电源系统和先进控制技术在通信和电力系统中成熟使用，为轨道交通工程中实现对各个弱电电源系统的整合提供了有利条件。在中国已有的地铁工程中，如北京地铁机场线工程中已经就车站弱电系统电源整合进行了初步尝试。

车站电源系统整合目的和原则

车站电源整合目的

对各电源系统的蓄电池、装置进行硬件整合和集中布置，便于电源系统的统一维护与管理。通过集中布置减少设备用房面积，降低车站土建工程造价。通过硬件整合减少设备重复配置．实现资源共享节省设备投资。电源品牌统～选型，便于设备招标。

车站UPS整合主要原则

车站整合主要应遵循以下原则

（1）整合后的电源系统应满足所有被电源整合的各系统对电源的技术要求，保证各系统的可靠安全运行。

（2）整合后的电源室应靠近弱电负荷中心布置，以便于馈电电缆布局，减少线路压降及线损，提高供电线路的安全可靠性。

（3）电源系统整合应根据被电源整合各系统的负载性质、电源需求等技术要求统一考虑，以便进行的硬件配置。

（4）电源整合应尽量减少不同系统间电源的相互影响。

各弱电系统电源需求分析

各弱电系统负载类型及需求分析

（1）通信系统。负载类型：传输、无线、公务电话、专用电话、闭路电视、广播、时钟等子系统的计算机网络通讯设备电源要求能连续供应AC220V电源。

（2）信号系统。负载类型：信号系统旅客信息系统等计算机、网络设备，控制设备；电源要求：能连续供应AC380/220V电源。

（3）综合监控系统（含环境监控、门禁）。负载类型：计算机、网络设备，环境监控和门禁控制设备；电源要求：连续供应AC220V电源。

（4）自动售检票系统（AFC）。负载类型计算机、网络设备，AFC终端设备，电源要求：能连续供应AC220V电源。

（5）办公自动化系统。负载类型：计算机、网络设备：电源要求能连续供应AC220V电源。

（6）屏蔽门系统。负载类型屏蔽门控制、驱动设备等电源要求：控制设备需连续供应AC220V控制电源驱动设备需要DC110V驱动电源。

（7）火灾自动报警系统。负载类型，计算机网络设备、报警控制器等电源要求需连续供应AC220V电源。

（8）变电所直流辅助电源。负载类型:装置电源、控制电源、电机电源，电源要求能连续供应DC220V电源。

（9）车站应急照明系统。负载类型，包括疏散照明和备用照明，电源要求能连续供应AC220V电源。

UPS电源整合范围分析

根据各弱电系统电源需求、电源特点分析如下：

（1）通信、信号，综合监控（含环境与设备监控、门禁）办公自动化系统自动售检票、火灾自动报警主要为计算机和网络设备等容性负载，需AC380/220V电源，适于采用电源进行供电。

（2）屏蔽门系统的负载主要分布在站台上，且屏蔽门的驱动电机属于电感性负载，功率因数比较低，冲击电流大若采用源整合系统供电，电会明显影响电压稳定，降低电源质量。因此，屏蔽门系统不适宜采用电源整合系统供电，宜独立设置后备电源，不纳入电源整合系统整合范围，可考虑使用EPS电源。

（3）变电所与车站弱电系统一般设置在车站两端电源靠近各弱电系统负荷中心设置因此变电所负载距电源室的距离跨越整个车站，供电线路迂回，线路压降大。故变电所操作电源宜独立设置。

（4）应急照明主要是电感性负载，其负载分布在整个车站范围内且点多面广，供电线路迂回，因此应急照明系统不宜纳入电源整合范围。

综上所述，通信、信号、综合监控（含环境监控、门禁）办公自动化自动售检票、火灾自动报警等系统纳入电源整合范围，即各系统共用一套电源。

屏蔽门系统、变电所辅助电源应急照明由各个系统独立设置后备电源，不纳入电源整合范围。

电源整合系统构成

地铁中各弱电系统对电源的可靠性要求很高,电源断电时会造成地铁停运甚至人身伤害,带来不可估计的损失，因此各车站电源整合系统分别设置两套电源装置（含整流器、逆变器、蓄电池）、负载同步控制器、智能控制单元等。电源整合系统的构成见图1。

UPS电源整合系统硬件构成

（1）电源及蓄电池设置。设置两套电源装置，在工程实施工程中，具体收集每一个设备的用电需求资料，并由此计算出较精确的容量。为确保能够长期安全可靠的运行，推荐UPS的最大负载量一般为60％～80％UPS的额定输出功率。根据相关工程经验，典型地铁车站各弱电系统的负载总量一般约为130kVA左右，所以每套UPS的容量可选160kVA。

设置两组蓄电池运行方式灵活。可以退出一组蓄电池组进行维护不影响运营，可靠性、可维护性高。

（2）负载同步控制器。当两路UPS电源不同步时，在转换过程中可能造成负载电压的扰动、接通时电流过大而停机。如要在电源不同步时可靠地转换，则必须增长间断时间（一般为13ms），这样将对负载非常不利（计算机负载电源间断时间不大于6ms）。

设置负载同步控制器，可保证两套UPS电源装置输出的电压幅值相同波形相同、频率相同，实现平稳可靠地转换。

（3）智能控制单元。智能控制单元负责控制管理UPS电源装置蓄电池，对UPS电源整合系统监控信息上传。

UPS电源整合系统运行方式

UPS电源整合系统分别从降压所0.4V两段母线引进一路AC380V电源作为两套UPS装置的输入电源。

正常工作时，两套UPS装置冗余并机运行．共同分担其负载电流向各用电系统提供AC380/220V不问断电源每台UPS单机容量能满足系统总容量要求。并设置智能控制单元，负责按设定的时间依次切除各种负荷。

其系统构成示意图如图所示。

在运行中，如遇到某台UPS出现故障时，能通过选择性操作自动将故障的UPS单机从UPS并机系统中脱离出来,系统仍能向它的负载提供具有高可利用率的高品质电源,从而提高UPS供电系统的可靠性。

系统允许在UPS的逆变器电源供电的条件下，对位于UPS并机系统中的另一台UPS单机执行“不带电”的定期维护/故障检修操作，提高UPS供电系统的可维护性。

UPS电源整合注意事项

合理的、定期的维护和保养，能降低设备故障率，提高设备的使用寿命保证电源系统的可用性。UPS在使用一段时间后需要进行定期检查包括检查其外观是否异常．有没有比较难闻的气体的味道等：UPS一直不停电，蓄电池长期处于充电状态电池活性变差，因此UPS需要定期（一般一个月进行一次）的放电以保持电池活性。

进行电源系统集成后，全线的电源系统独立性强且与其他专业的接口分界清晰有条件设置电源维护部门，配备专业技术人员实施维护和管理．避免错误的操作造成严重的设备损伤．降低设备可靠性和寿命。同时配置专业的维护、检修工具，再配合以完善的维修、维护管理制度，保证电源系统设备处在良好的运行状态．使先进的电源系统在关键时刻能发挥重要作用。

综上可知，城市轨道交通中弱电系统的UPS电源整合是适应轨道交通快速发展而出现的它对合理配置电源资源起到了较大的作用，提高了轨道交通弱电系统的经济性、安全性，并减小了维护量。随着轨道交通的快速发展，UPS整合电源必将得到快速发展和广泛应用。