簡談地鐵信號電源的雙UPS并機方案

孫志強

（北京通號國鐵城市軌道技術有限公司，北京 100070）

簡談地鐵信號電源的雙UPS并機方案

孫志強

（北京通號國鐵城市軌道技術有限公司，北京 100070）

信號系統的大部分設備為冗余結構，單UPS成為信號系統整體可靠性提高的瓶頸。為此提出一種地鐵信號電源的雙UPS并機方案，有效提高信號電源的可靠性，進而提高信號系統和列車運行的品質。

地鐵；信號；電源；UPS并機

1 原因及目的

近年來，地鐵信號系統發展迅速。地鐵信號系統是保障行車安全、提高行車效率的重要設備，信號電源UPS為信號系統持續不間斷工作提供有力保障。然而，信號系統的大部分設備為冗余結構，單UPS成為信號系統穩定運行的瓶頸。

為進一步提高信號系統電源設備的可靠性，對信號單UPS電源系統設備進行優化，形成信號電源系統設備的UPS并機方案，在實際應用具有重要意義。

2 原理簡述

雙UPS并機方案的電源系統示意如圖1所示。

3 方案簡述

3.1 雙UPS運行條件

1）2套UPS的容量相同，而且具有相同的軟件、硬件版本；

2）2套UPS裝置主路、旁路切換后，輸出的電壓幅值、頻率、相位和相序均相同。

3.2 方案設備配置

本方案配置2套UPS電源設備，包括2套完全相同的UPS、1臺穩壓器、2套蓄電池。

兩路外電源經過雙電源切換裝置后，分別接入2個UPS，經UPS整流、逆變后再輸送至智能電源屏，智能電源屏根據信號設備的用電電壓種類，可以輸出AC380 V、AC220 V、AC110 V、DC220 V、DC110 V、DC60 V、DC24 V、DC24～ 60 V等。電源屏內根據不同負載需求配置不同的電源模塊。

UPS設備設置靜態旁路，在2臺UPS主機均退出運行時，轉至靜態旁路供電。靜態旁路設置穩壓器和隔離變壓器。在靜態旁路投入運行時，仍能提供潔凈電源。

雙UPS并機方案的電源系統原理如圖2所示。

3.3 運行方式

1） 正常運行方式

外部電源為信號UPS電源系統提供2路電源。

2臺UPS裝置并機運行，各分擔50%負荷；并機系統指定追蹤系統旁路電源。每套UPS將切換后的電源經整流、逆變后給各個負載供電，同時給蓄電池組充電。

2） 非正常運行方式

a.一路外電源停電時，由雙電源切換裝置切換到另一路外電源，維持為UPS電源系統提供電源。

b.兩路外電源均停電時，UPS電源系統將蓄電池電源逆變給各個負載供電。

c.一臺UPS裝置故障時

當發生一臺UPS逆變器故障，另外一臺UPS裝置正常時，則故障UPS裝置退出運行，另一臺UPS裝置承擔系統全部負荷，如過載則自動切換到靜態旁路。

當發生一臺UPS整流器故障，另外一臺UPS裝置正常時，則故障UPS裝置先經蓄電池放電，給系統負載供電，與另一套UPS裝置均擔負載，蓄電池放電結束后，該故障UPS裝置退出運行，由另一臺UPS裝置承擔系統全部負荷，如該臺UPS過載，則自動切換到靜態旁路。

d.兩臺UPS均故障

當兩臺UPS逆變器均故障時，轉換到靜態旁路，維持供電。

當UPS整流器部分故障，則蓄電池放電，放電結束后，轉換到靜態旁路。

當一臺UPS逆變器故障、另一臺整流器故障時，轉換到靜態旁路。

e.兩路進線均停電且一臺UPS故障

兩路外電源均停電且一臺UPS整流器故障，另一臺UPS裝置正常時，UPS裝置對蓄電池電源進行逆變，給各個負載供電。

兩路外電源均停電且一臺UPS逆變器故障退出運行，另一臺UPS裝置正常時，正常UPS裝置對蓄電池電源進行逆變，給各個負載供電。

f.蓄電池維護或故障

當系統需要進行蓄電池維護或蓄電池故障時，退出需要維護的蓄電池組或故障蓄電池組，進行維護或檢修；此時，一套UPS無蓄電池工作，另一套UPS正常工作。

g.UPS裝置維護

需要對UPS裝置維護時，退出該UPS裝置上口的開關，以及出口開關、蓄電池開關，使UPS裝置徹底無電，進行維護。另一套UPS裝置正常工作，給各系統提供電源。

h.UPS智能控制單元故障

一套UPS智能控制單元故障，該UPS裝置退出運行，由另一臺UPS裝置承擔系統全部負荷。

兩套UPS智能控制單元均故障，此兩臺UPS裝置均退出運行，系統自動轉換到靜態旁路，由旁路承擔系統全部負荷。

圖2 雙UPS并機方案電源系統原理圖

3.4 負載供電方式

1） 交流負載

為了防止負載短路時對上級UPS中的逆變器造成影響，在電源屏中為每個交流回路分別配置交流電源模塊。

對于需要雙電源供電的交流負載和單電源供電的交流負載，均通過隔離變壓器直供，提供隔離電源。

2） 直流負載

在電源屏中為每個直流回路分別配置直流電源模塊。對于直流負載，由兩個連接同一母線的直流電源模塊并聯冗余輸出，提供一路電源；當任一個電源模塊出現故障或進行維修時，應能轉換至備用電源模塊，繼續保持供電。

3） 為三相交流轉轍機供電

對于三相交流的UPS輸出電源，采用從單母線上直接通過一個三相交流隔離變壓器為交流轉轍機供電的方式。

3.5 可靠性分析

根據UPS廠家提供的可靠性數據：如某款單機UPS的平均無故障時間MTBF為50萬小時（5×105h），則根據并機UPS平均無故障時間計算公式：MTBF總=1/λ+1/λ+1/（λ+λ）=2.5/ λ=2.5MTBF=2.5×5×105=12.5×105h。即并機UPS平均無故障時間為單機UPS的2.5倍。

4 結束語

地鐵信號電源的雙UPS并機方案，提高了信號電源的可靠性。目前國內地鐵信號電源的UPS并機方案，正在發展推廣中，還需要在具體實施中逐步完善優化。

Most equipment of signaling systems is featured with a redundant structure. Single-UPS becomes the problem on increasing the reliability of signaling systems. Therefore， the paper puts forward a new scheme by using dual-UPS to improve the reliability of signaling systems and then enhance the quality of signal systems and train operation.

metro； signaling； power supply； dual-UPS

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.05.021

（2016-04-12）