大功率UPS在地铁车站弱电系统中的供电方案

    1、概述

    UPS在其发展初期，仅被视为一种备用电源。后来，由于电压浪涌、电压尖峰、电压瞬变、电压跌落、持续过压或者欠压甚至电压中断等电网质量问题，使计算机等设备的电子系统受到干扰，造成敏感元件受损、信息丢失、磁盘程序被冲掉等严重后果，引起巨大的经济损失。因此，UPS日益受到重视，并逐渐发展成一种具备稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰、防电压浪涌等功能的电力保护系统。

    UPS电源不仅能提供持续的电源供应，还具有对市电进行稳压、稳频、滤波、抗电磁射频干扰、防止电压的浪涌和下陷等功能。地铁弱电系统主要包括通信系统、信号系统、屏蔽门系统、自动售检票系统和主控系统等。

    通信系统又分为地铁专用通信、民用通信和公安通信三部分。弱电系统负荷大部分是计算机类负载，作为地铁这样一种大规模公共交通工具，其安全性显得更为重要，所以地铁弱电系统的供电特点是：一级负荷，各系统分别由来自变电所两段母线分别馈出一路电源，末端自动切换，再配送到UPS输入端；UPS为在线式，在市电正常供电时，首先将市电交流电源变成直流电源，然后进行脉宽调制、滤波，再将直流电源重新变成交流电源，即它平时是由交流电经整流后又以逆变器方式向负载提供交流电源。一旦市电中断，立即改由蓄电池以逆变器方式对负载提供交流电源。

    对在线式UPS电源而言，在正常情况下，无论有无市电，它总是由UPS电源的逆变器对负载供电，这样就避免了所有由市电电网电压波动及干扰带来的影响。显而易见，在线式UPS电源的供电质量明显优于后备式UPS电源，因为它可以实现对负载的稳频、稳压供电，且在由市电供电转换到蓄电池供电时，其转换时间为零。

    2、模块式UPS

    UPS的冗余主要有两种：串联冗余和并联冗余。串联冗余是采用同机型的两套UPS设备串联，实现主从热备，主机一直满载，备机蓄电池长期浮充，有一定的转换实时间，扩展较困难，可适用性较小。并联冗余指采用两套或两套以上的UPS设备并联均分负载，相比串联冗余具有一定的优势，在市场中占有的份额越来越大，新型模块式UPS的出现将并联冗余发展到一个新的台阶。

    模块化UPS是从设计和工作的原理方面来讲的，其本身(也就是模块)就是一台UPS，包括整流器、逆变器、静态旁路开关及附属的控制电路、CPU主控板。它可以打破传统的“1+1”或“N+1”的冗余机制，实现“N+X”的故障冗余及升级扩容，采用的热插拔技术可以允许单体模块在不需停电的前提下任意进入或退出并联单元，从而实现了并联系统的在线维护，同时无需专门的仪器或技术即可进行，提高了UPS系统的可靠性和适用性。模块式UPS的出现在一定程度上解决了大功率UPS集中供电在可靠性上的瓶颈。

    3、大功率UPS集中供电分析

    UPS的供电方式可分为UPS集中供电方式和UPS分散供电方式两种。集中供电方式是指由一台大功率UPS向车站整个弱电系统负载提供应急供电。分散供电是现在比较流行的一种配备方式，就是根据设备的需要分别配备适合的中小功率UPS。

    集中UPS供电是随着整体机房的出现而渐出现的，证券、移动、联通、电信等行业整体机房或区域中心机房的不断出现，这使集中UPS供电的发展也提上了日程。整体机房对电源的要求是：高可靠性、便于扩展、易于管理和节省空间。而今UPS并机冗余、热插拔式以及数字控制技术的发展使得UPS的可靠性得到很大的提高，能渐渐满足整体机房的电源可靠性需求。

    地铁车站弱电系统比较多，空间位置相对集中，大部分位于车站车控室附近，负载不是很大，15～80KVA不等。

    （注：屏蔽门控制室在信号设备室下面的站台区）

    地铁各系统对UPS的要求的共同点如下：

    *高可靠性；

    *电源质量优质，具有稳压和限流功能等；

    *在市电故障情况下能安全自动投入，转换时间越短越好；

    *整机效率要求较高；

    *UPS为在线式；

    *易于实现电源监控；

    *功率因数尽量高，降低对电网的影响。

    地铁各系统对UPS备用时间的要求如下：

    *屏蔽门控制电源备份0.5小时；

    *通信系统重要负荷备份4小时，次重要负荷备份1小时；

    *信号系统车站为0.25小时；

    *主控系统要求备份时间0.5小时；

    *AFC系统备份时间为0.5小时。

    地铁弱电系统房间布置相对较集中，对UPS的要求也有很多共同点，整个弱电系统使用一套UPS集中供电具有一定的可行性。地铁弱电系统UPS集中供电系统图如图4所示，车站配置一个专门的弱电系统综合电源室，由地铁车站靠近车控室端的变电所0.4KV开关柜室两端母线分别馈出一回路，末端自动切换作为大功率集中供电UPS的输入电源，然后经过UPS处理后按照备份时间的不同分别向地铁车站各弱电系统馈出，可根据各弱电系统的需求和功能定位的区别来确定馈出回路数。

    但是，上述各系统虽然在地铁都属重要弱电系统，各弱电系统之间相互比较，在地铁中的重要性又有轻重。一般情况下，地铁发生安全问题主要有三种情况：信号故障、停电和火灾，可见信号系统应具有很高的安全性和可靠性，凡涉及行车安全的设备必须满足故障-安全原则。屏蔽门系统在区间火灾事故等情况下也显得尤为重要，高可靠性的UPS电源能保证屏蔽门在火灾事故下处于开门位置，方便乘客从区间向车站站台疏散，等等。

    如果各系统共用一套集中UPS供电，就会增加故障点，其它弱电系统的故障可能会影响整个UPS系统的正常工作，这样就可能增大故障范围。另外，若地铁车站整个弱电系统采用集中UPS供电，UPS容量为各个弱电系统容量的累加和并考虑一定的远期裕量，蓄电池的配置则要综合考虑各个弱电系统备份时间的不同进行相应换算才能得到。

    地铁通信系统以往是地铁专用通信、民用通信和公安通信单独设各自的UPS系统，目前已有地铁实现了地铁通信系统内部的UPS集中供电。

    4、结论

    随着数字技术的快速发展，热插拔式模块化UPS技术的不断成熟，大功率UPS集中供电的可靠性及远程监控水平等也会得到不断的提高，地铁整个弱电系统采用一套大型的UPS集中供电不久将可能实现。<