UPS在城市軌道交通中的應用

甘 勇

中鐵第四勘察設計院集團有限公司通號處,湖北武漢 430063

UPS在城市軌道交通中的應用

甘 勇

中鐵第四勘察設計院集團有限公司通號處,湖北武漢 430063

UPS是不間斷電源的簡寫，是提供持續、穩定、不間斷電源的重要設備。城市軌道交通各機電系統中主電源需采用UPS裝置以保證供電的正常運行。本文對城市軌道交通中UPS的冗余供電方式和容量計算進行淺析。

城市軌道交通；不間斷電源；冗余

近年城市軌道交通發展迅猛，各機電系統是軌道交通運營指揮、企業管理、服務乘客和傳遞信息的平臺，保證列車安全高效運營，為乘客提供高質量的服務。其中供電設備的可靠性就成了重中之重，市電電網中接有各種各樣負載，對電網造成干擾和污染，惡化供電質量，影響負載的正常運行。UPS供電系統的建設目的，是通過UPS供電系統給機電系統用電設備提供高質量的、不間斷電源，來保證用電設備正常工作。

1 UPS的種類

UPS主要由整流器、蓄電池、逆變器和靜態開關等幾部分組成。UPS分以下幾種類型：

1）在線式UPS：UPS一直使其逆變器處于工作狀態，它先通過電路將外部交流電轉變為直流電，再通過逆變器將直流電轉換為交流電輸出給負載。在停電時則使用備用直流電源（蓄電池組）給逆變器供電，由于逆變器一直在工作，因此不存在切換時間問題，適用于對電源有嚴格要求的場合；

2）后備式UPS：平時處于蓄電池充電狀態，停電時逆變器緊急切換到工作狀態，將電池提供的直流電轉變為穩定交流電輸出，因此后備式UPS也被稱為離線式UPS；

3）在線互動式UPS：這是一種智能化UPS，輸入市電正常時，UPS 逆變器處于反向工作給電池組充電，在市電異常時逆變器立刻投入逆變工作，將電池組電壓轉換為交流電輸出，因此在線互動式 UPS 有轉換時間。在城市軌道交通系統中，各機電系統中負載對供電電源可靠性要求高，所以各機電系統主電源UPS一般采用在線式，提高整個系統的可靠性和穩定性。

2 冗余備份的供電方式

軌道交通各機電系統用UPS是以冗余備份方式工作的。從冗余配置方案看，有以下方式：主從型熱備份供電方式；直接并機冗余供電方式；雙總線冗余供電方式。

1）主從熱備份供電方式：熱備份冗余方式為兩套UPS串聯切換。正常運行時，只有主UPS給關鍵負載供電，而另一臺處于空載狀態，如果主UPS有故障不能運行，它就切換到旁路，而備用UPS在過了大約2～8ms后自動接替工作。這種結構價格經濟，但有許多單點故障。如果主UPS出了故障，另一臺必須接替全部負載，意味著在約8ms內，另一臺必須把供電從0增加到100%，此方式缺陷在于備用UPS長期處于空載狀態，其電池壽命會縮短、容量會下降，且備用UPS得具有階躍性負載承載能力，無擴容能力。由于人們很難實時了解備用UPS各部分有無故障或隱患，當要啟動備用機時，可能就無法正常工作了。

2）直接并機冗余供電方式：n+1型UPS冗余并機供電方案是在確保各臺UPS單機的輸出處于電壓幅度相同，輸出頻率和相位相同條件下，將n+1 臺具有相同輸出功率UPS單機的輸出端并聯起來，共同向具有n臺UPS單機輸出功率的負載供電。正常工作時，由n+1臺UPS平均分擔負載電流，當某臺UPS出故障時，在并機控制信號調控下，在將故障UPS自動脫機的同時，由剩下n臺UPS繼續供電。

3）雙總線冗余供電方式：在UPS供電系統中，輸出端與負載間配有配電柜、斷路器等，若碰到檢修或產生故障等，上幾種配置形式將引起負載停電，即系統的故障率雖降低，但可維護性并沒徹底解決。因此，可采用雙總線冗余配置，此方案中分別設有UPS系統1和UPS系統2兩套系統。在軌道交通中，各機電系統采用雙總線冗余供電方式來增加系統的穩定性和可靠性，消除可能出現在UPS輸出端與最終地鐵用戶負載端之間的單點瓶頸故障隱患，提高輸出電源供電系統的容錯功能。

3 UPS的實際應用

在城市軌道交通機電系統中，UPS設備在車站、車輛段和控制中心都有應用。通信系統在車站設2套，為專用系統UPS和公共設備UPS，在控制中心設1套為中央級設備供電，在車輛段設1套為培訓維修及交換機等設備供電；車站信號系統采用較大容量UPS，控制中心和車輛段較小容量UPS；綜合監控系統由設備監控、防災報警和電力監控3個子系統組成，一般車站主控設備室設1套，控制中心設1套為綜合監控系統設備供電，設1套為大屏幕設備供電，在車輛段設1套；在車站設BAS、AFC、PIS的UPS設備，車輛段設置BAS的UPS設備；在車站屏蔽門控制室設1套UPS。

UPS供電有分散與集中供電兩種。在城市軌道交通供電系統中集中供電方式成為趨勢。集中供電整體成本比分散供電成本低，隨著UPS容量增加其單位容量成本是降低的；集中供電可靠性遠遠大于分散供電，大容量UPS的可靠性高于中小容量UPS；集中供電便于安裝維護與管理，分散供電需要安裝空間多，布線缺乏規劃等，集中供電系統可以通過后臺監控軟件在一臺PC上對UPS統一監控和管理，而分散供電達到相同效果投資更大。在深圳3號線已采用集中供電方式，很多在新設計的線路也在采用集中供電的方式。但屏蔽門系統有許多電機性負載，啟動時會有較大沖擊電流，對UPS逆變器產生沖擊，會產生過載或轉旁路，所以一般建議單獨供電。

UPS容量根據負載總容量確定，一般可以按下列公式選擇：UPS容量≥負載容量/0.8，即負載容量為UPS額定容量的80%以下，選擇80%負載主要是考慮負載啟動沖擊電流以及今后擴容需要。在配置ups蓄電池時要注意，由于UPS通常采用大量電池組為備用電源，電池多、重量重，在設計房間要關心載荷的計算，用戶可根據所需的UPS容量計算出電池的型號和重量，在機房籌建裝修時與建設方或設計方提結構承重加固事宜或采用零散架等，如果UPS容量很小就不必考慮了，安裝時必須要考慮到UPS系統安裝地板的承重，UPS電池柜最好裝在地面樓層或載重梁處。

4 結論

城市軌道交通工程是百年工程、民生工程，合理采用UPS的結構與供電方式將對軌道交通機電系統的安全性、經濟性產生較大影響。

[1]吳阿明.UPS系統配置方式及采用雙母線供電方案建議[J].紹興文理學院學報，2006.

U239.5

A

1674-6708（2010）24-0170-01