臺(tái)達(dá)UPS地鐵弱電系統(tǒng)解決方案

　　UPS的應(yīng)用隨處可見，而在地鐵弱電系統(tǒng)中，將UPS和智能化配電系統(tǒng)與蓄電池組整合起來，還是一個(gè)嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域，本文重點(diǎn)介紹中達(dá)在該領(lǐng)域的成功案例。

　　一、地鐵弱電系統(tǒng)的電源需求

　　地鐵弱電系統(tǒng)應(yīng)用在地鐵的車站、車輛段、停車場(chǎng)、控制中心等場(chǎng)所，包括通信、信號(hào)、綜合監(jiān)控（電力監(jiān)控PSCADA、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控BAS、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警FAS、門禁ACS）、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)AFC、乘客信息系統(tǒng)PIS、屏蔽門、變電所直流操作、應(yīng)急照明等部分，系統(tǒng)一般由計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及自動(dòng)化控制設(shè)備組成，用電為一級(jí)負(fù)荷，因此需要高可靠性的后備電源進(jìn)行不間斷供電，以保證供電質(zhì)量和供電連續(xù)性。

　　屏蔽門驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變電所直流操作以及部分通信設(shè)備分別用到DC110V、DC220V和DC—48V電源，一般由專門的直流電源獨(dú)立供電。應(yīng)急照明一般為交流感應(yīng)式的負(fù)載，分布在整個(gè)車站范圍內(nèi)，點(diǎn)多面廣，多采用EPS供電。剩余的通信、信號(hào)、電力監(jiān)控、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控、門禁、火災(zāi)報(bào)警、自動(dòng)售檢票、乘客信息、屏蔽門網(wǎng)絡(luò)控制等系統(tǒng)均為計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等容性負(fù)載，需要AC380/220V電源，最適合采用UPS系統(tǒng)進(jìn)行供電。

　　由于地鐵運(yùn)營環(huán)境及其設(shè)備的特殊性，一般要求提供電源的UPS系統(tǒng)滿足下列要求：

　　1．可靠性強(qiáng)，能適應(yīng)地下運(yùn)行環(huán)境，以確保車站各弱電系統(tǒng)設(shè)備全天候、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。

　　2．綠色環(huán)保，避免污染電力環(huán)境及自然環(huán)境。

　　3．安全性高，保護(hù)全面，不易造成人為設(shè)備故障，不會(huì)威脅人身安全。

　　4．便于近、遠(yuǎn)端管理，有標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口及開放的通訊協(xié)議。

　　5．盡量采用集中式供電，綜合利用各種資源。目前，軌道交通UPS電源整合是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，全國各地地鐵新建線路都在進(jìn)行UPS整合工作，因?yàn)檫@樣更有利于資源的綜合利用，更有利于設(shè)備的專業(yè)化維護(hù)與管理，同時(shí)也有利于節(jié)省機(jī)房使用面積。

　　表1是某地鐵線路弱電系統(tǒng)中適合UPS集中供電的負(fù)載情況，它在地鐵地業(yè)中具有一定的代表性：

表1

　　二、系統(tǒng)方案選擇

　　根據(jù)地鐵應(yīng)用環(huán)境對(duì)UPS系統(tǒng)的具體要求，我們選用由臺(tái)達(dá)NT系列UPS（12P）、中達(dá)電通DCF126系列蓄電池和中達(dá)電通智能配電柜組成的雙電源輸入、雙母線架構(gòu)、共享電池組、負(fù)載分時(shí)供電的集中供電組合方案。

　　該方案的系統(tǒng)示意圖如圖1：

圖1

　　系統(tǒng)中的兩臺(tái)UPS容量相等，互為備份，彼此通過兩根相互冗余的通訊線相連，使它們的相位始終同步，確保后面的STS切換順暢。

　　該系統(tǒng)有下列特性符合地鐵應(yīng)用環(huán)境的需求：

　　1．可靠性強(qiáng)，適應(yīng)地下運(yùn)行環(huán)境。如：UPS耐溫、濕度范圍寬，抗外界干擾能力強(qiáng)，輸入電源的電壓和頻率范圍寬，輸出電力品質(zhì)高，全橋逆變加隔離變壓器對(duì)負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)，內(nèi)部重要線路冗余備份，容錯(cuò)能力強(qiáng)，單機(jī)MTBF高達(dá)30萬小時(shí)等。而雙母線架構(gòu)對(duì)負(fù)載又有了雙重保障。

　　2．UPS低諧波，高效率，低輻射，低噪音等特性體現(xiàn)了綠色環(huán)保、對(duì)電力環(huán)境及自然環(huán)境污染少的特性。

　　3．UPS符合CE、TUV、IEC等安全標(biāo)準(zhǔn)，具有過溫、過載、短路、誤操作、電池漏液等保護(hù)功能，并且有近、遠(yuǎn)端的緊急關(guān)機(jī)功能，安全可靠，不易造成人為設(shè)備故障和人身安全威脅。

　　4．UPS配備大型中/英文圖形化LCD顯示，以及RS232、RS485、20選6的智能干接點(diǎn)以及供選購的SNMP、MODBUS卡等，并有開放的通訊協(xié)議提供，便于近、遠(yuǎn)端監(jiān)控管理。對(duì)于本方案可將UPS監(jiān)控納入綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS），與綜合監(jiān)控系統(tǒng)FEP接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的統(tǒng)一監(jiān)控管理。

　　5．本方案在每個(gè)站點(diǎn)配置一臺(tái)大功率的UPS集中供電，可使負(fù)載綜合利用電力資源。同時(shí)，共享電池組和分時(shí)供電的方式也是綜合利用資源的一個(gè)具體體現(xiàn)。

　　三、UPS容量選擇

　　由UPS集中供電的負(fù)載情況表可知，車站、車輛段和控制中心的負(fù)載量依次為：126KVA、103KVA、74KVA和126KVA。這些負(fù)載都是電腦性的，輸入功率因數(shù)一般為0.7，小于UPS的輸出功率因數(shù)0.8，選擇UPS容量時(shí)應(yīng)當(dāng)按VA值來計(jì)算。為了確保UPS長(zhǎng)期安全可靠地運(yùn)行，負(fù)載量一般設(shè)定在UPS額定容量的60%~80%。所以車站、車輛段、停車場(chǎng)和控制中心應(yīng)分別配置160KVA、160KVA、100KVA和160KVA的UPS，它們的負(fù)載量最大能達(dá)到單臺(tái)UPS的78%、64%、74%和78%，符合系統(tǒng)可靠性要求。

　　四、電池配置計(jì)算

　　本方案采用UPS共享電池組方案，并且市電停掉后要分時(shí)供電給負(fù)載。以車站為例：有40KVA的負(fù)載后備2小時(shí)，46KVA的負(fù)載后備1小時(shí)，40KVA的負(fù)載后備0.5小時(shí)。其負(fù)載—時(shí)間坐標(biāo)圖如圖2：

圖2

　　基于電池的放電特性，若采用分時(shí)間段（豎直分）計(jì)算法，結(jié)果會(huì)比實(shí)際的配置偏大；若采用分功率段（水平分）計(jì)算法，結(jié)果會(huì)比實(shí)際的配置偏小。這里采用分功率段（水平分）計(jì)算法計(jì)算，然后再將結(jié)果進(jìn)行修正。計(jì)算過程如下：