深圳地鐵7號線綜合UPS系統維護及建議

劉萬青

（深圳地鐵運營集團有限公司，廣東 深圳 518040）

0 引 言

UPS是利用蓄電池儲備的電源作為后備能量，在上級市電斷電或故障時可以實現不間斷為負載供電的一種能量轉換裝置。目前，根據市場上廠家設計的UPS系統，不同廠家生產的UPS有不同的設備特點，常使用的有后備式、在線式、互動式和Delta轉換式4種[1]。它主要是實現電網與用電器之間的隔離和兩路電源的不間斷切換，在市電失效情況下，及時切換為設備提供電源保障。本文結合綜合UPS系統在深圳地鐵7號線應用的特點，重點介紹其應用維護、組網方式以及應急處理等內容，并提出后續建設的幾點建議。

1 組網方式及應用

深圳地鐵7號線在控制中心、車站、車輛段以及停車場等處設弱電綜合UPS電源，由動照專業提供兩路獨立的三相五線制交流電源至電源室，并提供兩路電源的自動切換。兩路獨立的三相交流電源經交流切換裝置后接入交流智能配電柜，配電柜分配若干輸出回路輸入UPS，經UPS輸出的交流電源和智能配電柜后，分配若干回路給各交流供電的系統和高頻開關電源。高頻開關電源輸出的-48 V電源分路后，分配給需要直流供電的通信設備。正常供電時，不間斷UPS設備能起到穩壓過濾的作用，并同時向負載供電和給蓄電池充電。當市電異常或者設備故障時，UPS設備通過蓄電池存儲的電壓經逆變器向負載供電。

7號線綜合UPS子系統均采用單機方式，系統分為機柜外電源和機柜內電源。機柜外的電源設備主要由UPS、蓄電池、交流智能配電柜、高頻開關電源以及交流配電箱等組成[2]。這些設備主要放置在弱電電源室，其中UPS為交流設備提供不間斷交流電源，高頻開關電源為直流設備提供-48 V電源，蓄電池可提供后備電源，交流配電柜與交流配電箱為各系統設備提供交流電源回路。還有一些機柜內電源，主要是一些設備機柜內配置的專用電源設備，如專用PDU和專用電源模塊，為通信設備機柜內進行配電。系統構成如圖1所示，可實現不間斷供電功能、自動旁路功能、內部手動旁路功能、手動維修旁路以及分時下電等功能。

2 設備維護及故障處理

UPS設備在正常使用情況下，主機的維護工作主要是防塵和定期更換易損件。當機內沉積大量灰塵或易損件故障時，會引起工作異常而發生不準確告警，故需要定期對設備進行除塵及更換易損件，檢查各連接設備之間的情況。當UPS設備系統出現故障時，應先分清是負載還是UPS設備。假如是UPS設備，要分主機或者電池組。可結合UPS主機內部檢測功能對UPS進行檢測，再對故障進行原因分析，從而找到故障點。

圖1 系統架構圖

電池容量的大小直接決定UPS在外部電源停電時能夠保證負載不斷電的時間，因此電池監測的告警可以使維護人員能夠了解當前電池的剩余容量和后備保障時間。當監測到電池處于保護電壓值時，為避免電池過量放電造成的永久損傷，維護人員在告警時需采取相應的應急措施。

2.1 電池維護及檢測

蓄電池組作為綜合UPS的重要組成，為整個地鐵通信及其他系統提供后備的電源，對地鐵運營安全及通信穩定運行有著極其重要的作用。UPS系統發生故障很大比例是由于電池問題引起的，日常維護中需定期測量蓄電池組電壓、單體電池電壓和單體電池內阻，要定期檢查蓄電池極柱，連接線纜接頭有無腐蝕、爬酸或有無鼓脹發熱現象。此外，因新舊電池內阻不一，充放電時會存在差異，故嚴禁新舊電池混用。

電池維護常用的儀器儀表包括電池測試儀、萬用表和電導儀[3]。外觀檢查法以目視檢查電池外觀，是否受外力導致電池槽蓋破裂漏液，會出現破損、龜裂、漏液及腐蝕的現象。電壓測量法主要是測量電池電壓是否在正常數值范圍內。容量測量法測試電池內阻或者整組電池容量。電池無論是充電還是放電，它的外殼都嚴重發熱。

2.2 智能PDU的使用

智能電源分配器PDU可以通過遠程監測、控制，實現對機柜內微環境每臺設備用電情況的實時監測。監測主要是指對電壓、電流、功率和電量等進行監測。通過智能PDU的監測功能，利用網管可以實現設備故障和切換時間上傳，從而實時監測設備的運行狀態。通過遠程監測及時預判及處理設備故障，從而起到保護設備的作用。

2.3 UPS故障處理

2.3.1 市電有電時，UPS出現市電斷電告警

當市電正常供電時，UPS出現市電斷電告警。出現市電斷電告警要區分是硬件問題還是電壓異常問題。硬件問題可以分為空開跳閘或損壞、保險燒毀研究線纜接觸不良等；電壓異常會造成電壓過低或頻率異常。對于不同問題需采取對應的措施，如硬件問題進行空開、保險更換或者緊固接觸不良的線纜等方式，電壓異常時則需檢測UPS市電，為確保負載不斷電，轉換至蓄電池進行供電[4]。

2.3.2 主路頻率異常

在主路沒有缺相的條件下，輸入頻率在45～65 Hz范圍之外，UPS一般會從主路供電切換至電池供電。當出現此類故障后，要先測量輸入頻率是否在范圍之內。如果頻率正常，UPS切換至手動維修旁路進入維修模式。檢測連接檢測板I1到U1之間的線纜，線纜無異常，則更換I1板或者U1板。

2.3.3 電池需維護

在不下電的情況下，觀察逆變三相IGBT的驅動板有沒有亮紅燈，亮對應驅動板或IGBT有問題，需測量IGBT判斷其好壞才能重新上電。如果不亮需檢查檢測通道，IGBT上的X3板到A1板，在從A1板經過排線到I1板，有I1板的J11插座到U1板。必要時可更換I1板、U1板或者A1板。

2.3.4 電池無

（1）可能原因。BCB未閉合或母線電壓小于0.5倍的浮充電壓設定值，直接判斷電池無；在BCB閉合情況下，如果電池電流小于4 A，母線電壓降低一定數值后，電池電流一直仍然小于4 A持續1.5 s，直接判斷電池無；在BCB閉合情況下，如果發電機接入或逆變器未開啟，且母線電壓大于0.75倍的浮充電壓設定值，直接判斷電池有；如果BCB閉合且母線電壓大于0.5倍的浮充電壓設定值，如果已經有電池電流大于4 A，判斷電池有。

（2）處理方法。請確認是否有電池，并檢查電池電流連接是否正確，通過測量電池與母線端電壓判斷是否有電池接反；檢查是否存在“BCB閉合/斷開”告警，如果面板沒有任何BCB信息，則檢查C1板到I1板之間的線纜連接情況；如果存在BCB斷開告警，則先排除其他故障造成BCB脫扣并導致電池無。檢查LCD面板的當前告警信息和歷史記錄信息，主要看是否存在“電池EOD、電池熔絲、直流母線過壓”等告警；確認BCB斷開的原因后并一切正常時，可以閉合BCB，告警會消失。

3 后期建設的建議

3.1 控制中心采用并機或兩路電源分別接兩套UPS

控制中心作為通信系統的核心，承載通信各系統重要數據，是通信的交換中心。保障控制中心供電穩定，有利于確保設備運行安全。單獨的UPS系統不能確保設備不間斷供電，在后續建設中，建議控制中心UPS采用兩套并機方式或者兩路電源分別接兩套UPS分別給通信各系統供電[5]，以進一步提高系統的可靠性和容災能力。

3.2 大規模使用蓄電池檢測系統

目前，蓄電池檢測系統只在重要站點才設計，電池維護依靠人工，出現大量人力資源浪費及對設備維護不到位情況。隨著技術的發展，蓄電池檢測技術已有較多的使用案例。在后續線路建設中應設計蓄電池檢測系統，實現對地鐵站點的蓄電池的檢測，實現對蓄電池組運行數據自動測量、顯示、記錄和保存。系統24 h連續工作，實時自動監測電池組電壓、單體電池電壓、標樣溫度、單體電池內阻，其中內阻12 h自動測試一次，并可人工操作進行測試。內阻測試為純在線方式，無須蓄電池組放電。無論蓄電池組在均充、浮充或放電等任何狀態，均可以進行內阻測試。

3.3 UPS蓄電池容量配置

合理選擇蓄電池的容量，是UPS對負載設備正常供電的重要保證。容量配置過大，蓄電池不能充分被利用，浪費資源；容量配置過小，不能滿足用戶對后備時間的要求，且對電池的壽命不利。電池供電時間主要受負載大小、電池容量、環境溫度以及電池放電截止電壓等因素影響。一般計算UPS電池供電時間可以計算電池放電電流，然后根據電池放電曲線查出其放電時間。

UPS后備蓄電池的容量計算方法很多，如恒功率法（查表法）、估算法、電源法以及恒流法等。在實際應用中需要綜合考慮蓄電池的使用情況、UPS所帶負載情況以及應用場合等，以選擇適合的電池容量計算方法。其中，恒流法比較簡便，適合所有品牌電池的計算，是粗略的電池配置方法。

恒流法計算公式[6]：

其中：C為蓄電池容量（Ah）；PL為UPS輸出功率（W）；T為電池后備時間（h）；Vbat是電池組電壓（Vdc）；η為UPS電池逆變效率，0.90～0.95，根據機型選取；K為電池放電效率，一般取值0.6～1。

3.4 電源監控系統的使用

電源系統的不同設備利用監控系統和接口單元將動作過程遺留的信號經過系統設備傳輸給控制中心部門。在控制中心設置一套完整的監控系統，在整合全線各站停車場的通信電源遙信基礎方式內容后，實時驗證設備運行狀態，并將已經處理完畢的數據資料和故障隱患實施對照，維持后期工序的緊密銜接。監控系統實現對交流配電柜、防雷器工作狀態的全程監督，之后聯系蓄電池組的充放電實況信息完成尾部職能交接。通信電源系統監控信號的數據格式和協議內容相對開放，并按照統一技術要求實現控制中心的集中管理。

4 結 論

電源系統對通信系統的影響極為重要，電源系統的中斷會導致系統中斷、數據丟失、硬件損壞等一系列問題。維護人員掌握基本操作技能和應急操作技能非常關鍵，是確保通信設備高效運行的基礎。為了保障設備的安全，常常會用到UPS等備用電源，甚至加載冗余供電等設備。因此，對電源系統采取有效的管理和維護措施尤為重要。