UPS在城市轨道交通中的应用

UPS在城市轨道交通中的应用

轨道交通UPS电源是提供持续、稳定、不间断电源的重要设备。城市轨道交通各机电系统中主电源需采用UPS装置以保证供电的正常运行。本文对城市轨道交通中UPS的冗余供电方式和容量计算进行浅析。
  
  近年城市轨道交通发展迅猛，各机电系统是轨道交通运营指挥、企业管理、服务乘客和传递信息的平台，保证列车安全高效运营，为乘客提供高质量的服务。其中供电设备的可靠性就成了重中之重，市电电网中接有各种各样负载，对电网造成干扰和污染，恶化供电质量，影响负载的正常运行。UPS供电系统的建设目的，是通过UPS供电系统给机电系统用电设备提供高质量的、不间断电源，来保证用电设备正常工作。
  
  1、UPS的种类
  
  UPS主要由整流器、蓄电池、逆变器和静态开关等几部分组成。
  
  UPS分以下几种类型：
  
  1)在线式UPS
  
  UPS一直使其逆变器处于工作状态，它先通过电路将外部交流电转变为直流电，再通过逆变器将直流电转换为交流电输出给负载。在停电时则使用备用直流电源(蓄电池组)给逆变器供电，由于逆变器一直在工作，因此不存在切换时间问题，适用于对电源有严格要求的场合;
  
  2)后备式UPS
  
  平时处于蓄电池充电状态，停电时逆变器紧急切换到工作状态，将电池提供的直流电转变为稳定交流电输出，因此后备式UPS也被称为离线式UPS;
  
  3)在线互动式UPS
  
  这是一种智能化UPS，输入市电正常时，UPS逆变器处于反向工作给电池组充电，在市电异常时逆变器立刻投入逆变工作，将电池组电压转换为交流电输出，因此在线互动式UPS有转换时间。在城市轨道交通系统中，各机电系统中负载对供电电源可靠性要求高，所以各机电系统主电源UPS一般采用在线式，提高整个系统的可靠性和稳定性。
  
  2、冗余备份的供电方式

轨道交通各机电系统用UPS是以冗余备份方式工作的。从冗余配置方案看，有以下方式：主从型热备份供电方式;直接并机冗余供电方式;
  
  双总线冗余供电方式。
  
  1)主从热备份供电方式 
 
  热备份冗余方式为两套UPS串联切换。正常运行时，只有主UPS给关键负载供电，而另一台处于空载状态，如果主UPS有故障不能运行，它就切换到旁路，而备用UPS在过了大约2~8ms后自动接替工作。这种结构价格经济，但有许多单点故障。如果主UPS出了故障，另一台必须接替全部负载，意味着在约8ms内，另一台必须把供电从0增加到99.99%，此方式缺陷在于备用UPS长期处于空载状态，其电池寿命会缩短、容量会下降，且备用UPS得具有阶跃性负载承载能力，无扩容能力。由于人们很难实时了解备用UPS各部分有无故障或隐患，当要启动备用机时，可能就无法正常工作了。
  
  2)直接并机冗余供电方式 
 
  n+1型UPS冗余并机供电方案是在确保各台UPS单机的输出处于电压幅度相同，输出频率和相位相同条件下，将n+1台具有相同输出功率UPS单机的输出端并联起来，共同向具有n台UPS单机输出功率的负载供电。正常工作时，由n+1台UPS平均分担负载电流，当某台UPS出故障时，在并机控制信号调控下，在将故障UPS自动脱机的同时，由剩下n台UPS继续供电。
  
  3)双总线冗余供电方式
  
  在UPS供电系统中，输出端与负载间配有配电柜、断路器等，若碰到检修或产生故障等，上几种配置形式将引起负载停电，即系统的故障率虽降低，但可维护性并没彻底解决。因此，可采用双总线冗余配置，此方案中分别设有UPS系统1和UPS系统2两套系统。在轨道交通中，各机电系统采用双总线冗余供电方式来增加系统的稳定性和可靠性，消除可能出现在UPS输出端与最终地铁用户负载端之间的单点瓶颈故障隐患，提高输出电源供电系统的容错功能。3UPS的实际应用在城市轨道交通机电系统中，UPS设备在车站、车辆段和控制中心都有应用。通信系统在车站设2套，为专用系统UPS和公共设备UPS，在控制中心设1套为中央级设备供电，在车辆段设1套为培训维修及交换机等设备供电;车站信号系统采用较大容量UPS，控制中心和车辆段较小容量UPS;综合监控系统由设备监控、防灾报警和电力监控3个子系统组成，一般车站主控设备室设1套，控制中心设1套为综合监控系统设备电，设1套为大屏幕设备供电，在车辆段设1套;在车站设BAS、AFC、PIS的UPS设备，车辆段设置BAS的UPS设备;在车站屏蔽门控制室设1套UPS。UPS供电有分散与集中供电两种。在城市轨道交通供电系统中集中供电方式成为趋势。集中供电整体成本比分散供电成本低，随着UPS容量增加其单位容量成本是降低的;集中供电可靠性远远大于分散供电，大容量UPS的可靠性高于中小容量UPS;集中供电便于安装维护与管理，分散供电需要安装空间多，布线缺乏规划等，集中供电系统可以通过后台监控软件在一台PC上对UPS统一监控和管理，而分散供电达到相同效果投资更大。在深圳3号线已采用集中供电方式，很多在新设计的线路也在采用集中供电的方式。但屏蔽门系统有许多电机性负载，启动时会有较大冲击电流，对UPS逆变器产生冲击，会产生过载或转旁路，所以一般建议单独供电。UPS容量根据负载总容量确定，一般可以按下列公式选择：UPS容量≥负载容量/0.8即负载容量为UPS额定容量的80%以下，选择80%负载主要是考虑负载启动冲击电流以及今后扩容需要。在配置ups蓄电池时要注意，
  
  由于UPS通常采用大量电池组为备用电源，电池多、重量重，在设计房间要关心载荷的计算，用户可根据所需的UPS容量计算出电池的型号和重量，在机房筹建装修时与建设方或设计方提结构承重加固事宜或采用零散架等，如果UPS容量很小就不必考虑了，安装时必须要考虑到UPS系统安装地板的承重，UPS电池柜更好装在地面楼层或载重梁处。
  
  3 结论
  
  城市轨道交通工程是百年工程、民生工程，合理采用UPS的结构与供电方式将对轨道交通机电系统的安全性、经济性产生较大的影响。