- 相關推薦
關于城市軌道交通弱電系統綜合UPS供電設計方案探討論文
城市軌道交通工程弱電設備種類繁多，系統龐大。如通信(包括專用、民用、公安、錄音、廣播、CCTV、時鐘、PIS)、信號、AIS(綜合監控)、BAS(車站設備監控)、FAS(火災自動報警)、AFC(自動售檢票)、ACS(門禁)、SCADA(電力監控)、屏蔽門/安全門控制及驅動電源、變電所操作電源、低壓開關柜控制電源、MCC柜控制電源、辦公自動化(OA)等弱電系統均采用UPS供電。為了降低投資成本、節約能源、方便運營維護，從二十一世紀末期開始，國內各城市城市軌道交通工程逐漸由原來分散式UPS供電方式整合為集中UPS供電方式。
1.弱電系統UPS整合方案分析
屏蔽門/安全門驅動電源主要以門機為主，屬于電動機性負載。每次啟動開/關門時會有有較大的沖擊電流，對UPS逆變器產生沖擊，沖擊電流易促使其過載或轉旁路。因此國內地鐵屏蔽門/安全門驅動電源一般采用抗浪涌能力較強的工頻機進行單獨供電。在屏蔽門/安全門驅動電源選型時，應充分考慮UPS帶載率，建議為30%-40%較為合適。
變電所操作電源大部分采用直流，采用離線式運行。平時由市電整流為直流進行供電，蓄電池處于浮充狀態，在故障時進行放電。UPS輸出為交流，兩種電源輸出制式不同，進行系統合并較困難。因此，一般變電所操作電源單獨設置，不納入UPS整合方案中。
信號系統是保證列車運行安全，實現行車指揮和列車運行現代化，提高運能效率的關鍵系統設備。在正常運營時一旦出現信號系統掉電故障，將采用站間電話閉塞法，由司機、行車調度、車站值班員采用專用通信方式共同完成列車組織。另為了提高安全可靠性，信號系統(如龐巴迪)聯鎖計軸區段在停電后出現紅光帶，該信號不能自動復位，必須人工出清。基于以上2點，建議信號系統與通信系統電源分離，單獨設置UPS，不納入UPS整合方案中。在信號系統設備集中站和區域站，建議采用1+1并機系統。在非設備集中站，建議采用單機系統。
根據以上分析，建議除變電所操作電源、屏蔽門系統驅動電源、信號電源不進行整合外，其他弱電系統的UPS可以納入整合。上海地鐵已發布《上海城市軌道交通網絡建設標準化技術文件弱電系統UPS電源整合設計指導意見》，該指導意見已經明確推薦地鐵弱電系統電源采用UPS集中供電方式。
2.綜合UPS供電系統方案分析
集中供電方式優勢明顯，但存在所有系統整體斷電的風險。如何保證各系統可靠性和可維護性的前提下，如何進行UPS整合是擺在設計院和地鐵運營之間突出問題?深圳地鐵二期工程中，綜合UPS供電系統方案如下：
從深圳地鐵4年多的應用經驗來看，此供電方案存在以下3點問題：
1)UPS進線主路與靜態旁路同源。
當UPS逆變IGBT或驅動板出現失效情況時，將引起相間短路，造成ATSE輸出開關跳閘，導致主路與靜態旁路同時掉電。在UPS故障后，UPS本可以自動轉為旁路供電模式。因靜態旁路掉電，所以造成負載掉電。
2)UPS末端弱電設備采用單回路供電。
①不滿足《地鐵設計規范》GB50157-2003中相關要求——“地鐵通信設備應按一級負荷供電。由變電所引接雙電源雙回路的交流電源至通訊機房交流配電屏，當使用中的一路出現故障，應能自動切換至另一路。”
②供電線路長，一旦線路出現問題，短時間內難以恢復設備供電。根據美國的大型數據統計中心的行業統計資料：在UPS輸出供電系統的故障中，79%來源于UPS輸出與負載之間的供電線路上的故障。
③UPS智能輸出配電柜斷電保養和維修困難。UPS智能輸出配電柜內有眾多控制元件，負責二十多個弱電子系統電源分配。一旦因保養和故障原因斷電，將造成通信、綜合監控、票務系統癱瘓，影響范圍較大。
3)UPS進線雙電源切換裝置故障維修困難。
進線雙電源切換裝置故障(出現卡制情況)時，UPS主路和旁路均失電，將轉為電池供電模式。因電池供電時間有限，所以必須控制雙電源維修時間。萬一雙電源故障沒能及時發現，將有可能因電池耗盡，造成負載失電。
因此，如何避免單節點故障是設計弱電綜合UPS系統設計的關鍵。現提出如下優化設計方案。
此設計方案，通過UPS主旁路分離的辦法，解決了主路與靜態旁路同源的問題;通過UPS旁路電源由雙電源進線端取電，且單獨設置配電箱的辦法，解決了雙電源維修的問題;通過末端負載增加旁路的辦法，解決了末端弱電設備單回路供電的問題，同時解決了UPS單機系統UPS主機隔離檢修的問題。因此，綜合UPS供電系統冗余性大大提高，可靠性和可維護性方面大大提高。
3.綜合UPS單機與并機選擇
每條地鐵線路所有車站、車輛段、停車場、控制中心、數據中心均會設計一套綜合UPS系統。因UPS系統可靠性設計與負載重要性息息相關，所以單機與并機選擇其實是根據系統對供電可靠行性要求后做出的判斷。UPS單機系統，在故障時一般會自動轉為旁路供電。但UPS內部嚴重故障時，自動旁路功能可能會失效。所以UPS單機的可靠性是有限的。若采用UPS1+1并聯方式，在正常工作時，兩臺UPS主機均分負載;在一臺UPS主機故障時，另一臺UPS主機承擔全部系統負載。UPS系統的2臺UPS主機互為備份。1+1并機相對與單機而言系統可靠性大大增強。
控制中心UPS負責全線通訊系統、綜合監控、OA系統、安防系統等核心設備供電。一旦斷電，會導致全線公務電話、有線專用調度電話、無線手持臺、無線車載臺、AIS系統、SCADA系統、BAS系統、OA系統、安防系統無法使用，嚴重影響行車安全和運營安全。因此，控制中心UPS重要性遠遠高于車站綜合UPS，建議選用并機系統。
數據中心配置有多個系統的服務器和交換機，負責全線票務數據、能源數據、管理數據、資產和物資數據的存儲、查詢和分析。在國內外數據中心機房，絕大多數用戶會選擇1+1并機供電方案。其他各站點綜合UPS系統建議選用單機系統。
4.后備蓄電池配置方案分析
蓄電池是UPS系統的重要組成部分，是保證供電系統正常運行的最后一道保證。從目前深圳地鐵UPS系統配置情況來看，蓄電池的占整個系統投資40%以上。合理選擇蓄電池配置方案，能夠有效延長使用壽命，延長更換周期，從而降低運行成本，節約能源。
1)合理配置并聯蓄電池組
為了提高蓄電池組供電可靠性，普遍采用多組蓄電池并聯方式。
并聯蓄電池組在恒壓充電狀態下：I=I1+I2。而實際工作中，往往兩組電池組的電流并不相等。這是因為電池在使用過程中，單節電池的物理結構、電解液密度出現差異，造成各節電池內阻之間存在差異。蓄電池組是由若干個電池串聯組成，各節電池的不均衡性積累成電池組的不均衡性。若1組電池內阻偏小，則I1>I2，該組充電電流大，電池組的溫度升高，溫度高的電池電解液內阻小，使充電電流進一步升高。這種運行方式造成了惡性循環，是蓄電池組并聯運行無法克服的致命缺陷。
因此建議單機系統只配置2套蓄電池組;并機系統，每臺主機各配置1套蓄電池組。每套蓄電池組容量按總后備容量的50%來設計即可。
2)合理控制蓄電池容量
綜合UPS系統蓄電池容量是根據各類負荷功率和后備時間計算出來的：
從深圳地鐵實際使用情況來看，蓄電池配置容量遠遠大于實際負載容量，一般帶載率在10%-15%之間。這是由于設計階段，各類設備廠家沒有認真計算和核定設備功率，造成UPS后備時間8小時以上，存在UPS主機容量和電池容量嚴重浪費。跟進實踐經驗推薦，單機UPS的最大負載量一般為UPS容量的50%～60%，并機UPS的最大負載量一般為UPS容量的30%～40%，并合理控制蓄電池容量。
5.配置成熟完善的監控系統
地鐵綜合UPS分布在沿線各站點，較為分散。所以選用一套完善的監控系統，對全線綜合UPS系統進行實時監控和管理，非常必要。主要實現以下功能：
1)當前數據查詢。可查詢設備的各種當前運行數據和當前告警數據。
2)故障告警通知。
3)機房環境的實時監控，包括溫度、濕度、煙霧，門禁，水浸等。
4)方便的報表查詢，可提供設備告警報表、運行數據報表和操作記錄報表。
6.結束語
隨著城市軌道交通的快速發展，弱電系統綜合UPS已廣泛應用。從使用維護角度出發，綜合考慮運營維護風險，從整合方案、供電系統方案、冗余度、蓄電池配置方案、監控系統等方面總結經驗，不斷完善，才能使弱電系統綜合UPS供電方案得到更廣泛的認可。
【城市軌道交通弱電系統綜合UPS供電設計方案探討論文】相關文章：
對工業設計方案的表達及其對策探討論文11-21
工業設計方案的表達及其對策探討論文11-23
綠色建筑設計方案綜合評價分析論文12-09
溫州港77省道改建設計方案探討論文12-03
BA系統設計方案12-03
高壓電力系統規劃設計方案論文12-09
舞臺的幕布系統設計方案03-10