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弱電綜合連續(xù)不間斷電源(UPS)論文
城市軌道交通已成為人們出行最便捷、經(jīng)濟(jì)和高效的交通工具之一，由此對城市軌道交通的安全、可靠運(yùn)行提出了更高的要求。當(dāng)軌道交通的供電電源因故出現(xiàn)異常時，會對軌道交通造成嚴(yán)重的影響，為此相關(guān)機(jī)構(gòu)一直在研究如何提高對城市軌道交通重要弱電系統(tǒng)供電的連續(xù)性、可靠性。
目前，國內(nèi)各城市軌道交通的通信、信號、綜合監(jiān)控、火災(zāi)自動報(bào)警、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控、自動售檢票、門禁、自動滅火、屏蔽門等弱電系統(tǒng)基本上均各自獨(dú)立設(shè)置連續(xù)不間斷電源（UPS），采用分散供電方式。在軌道交通建設(shè)與運(yùn)營管理過程中，分散設(shè)置的UPS的各種弊端也日漸凸顯出來，主要表現(xiàn)在：
�。�1）各弱電系統(tǒng)的UPS分別招標(biāo)，配置的UPS品牌也不同，不利于資源共享和備品備件的采購，造成運(yùn)營維護(hù)工作量大、蓄電池維護(hù)困難等問題。
�。�2）各弱電系統(tǒng)的保守設(shè)計(jì)造成單個系統(tǒng)UPS的設(shè)計(jì)容量較實(shí)際負(fù)載大很多，在設(shè)備配置上存在一定的浪費(fèi)，但其又不能實(shí)現(xiàn)相互冗余備用，使得建設(shè)投資大、運(yùn)營維修成本高。
為避免分散式UPS的弊端，有必要將同一車站、車輛段、控制中心各弱電系統(tǒng)的UPS進(jìn)行整合，綜合考慮設(shè)備容量及安裝面積，對UPS進(jìn)行統(tǒng)一管理、監(jiān)控、運(yùn)營維護(hù)及保養(yǎng)。
1整合范圍
目前地鐵內(nèi)設(shè)置UPS裝置的系統(tǒng)有通信、信號、綜合監(jiān)控、火災(zāi)自動報(bào)警、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控、自動售檢票、門禁、自動滅火、屏蔽門等。車站還設(shè)置有變電所自用電系統(tǒng)和應(yīng)急照明電源系統(tǒng)。為此，首先應(yīng)確定將哪些系統(tǒng)的UPS進(jìn)行整合設(shè)置。
變電所自用電負(fù)荷包括交流負(fù)載與直流負(fù)載。直流電源的工作模式為：正常情況下通過充電模塊將交流電轉(zhuǎn)換為直流向負(fù)載供電，同時為蓄電池浮充。當(dāng)一路交流電源失電時自動切換至另一路，仍然通過充電模塊供電，同時為蓄電池浮充；當(dāng)兩路交流均失電時，蓄電池放電向負(fù)載供電。由此可見，變電所自用電系統(tǒng)主要在直流自用電系統(tǒng)方面與UPS方案有較大的不同。直流自用電系統(tǒng)的蓄電池為非在線式運(yùn)行，平時進(jìn)行浮充電，在故障時進(jìn)行放電；而UPS的蓄電池為在線式，且UPS輸出為交流，其蓄電池放電輸出的直流電需經(jīng)逆變器后變?yōu)榻涣麟娸敵鼋o負(fù)載。兩種電源輸出制式不同，因此，變電所自用電系統(tǒng)需要單獨(dú)設(shè)置，不能納入UPS整合系統(tǒng)中。
應(yīng)急照明電源由充電機(jī)、蓄電池組、逆變器、自動切換裝置及交流配電屏等組成。正常情況下，蓄電池處于浮充狀態(tài)，由交流380V/220V電源直接供電。市電消失情況下，蓄電池組通過逆變器輸出交流，滿足消防要求。應(yīng)急照明電源裝置為消防應(yīng)急設(shè)備，需要通過消防部門認(rèn)證。應(yīng)急照明電源裝置與UPS裝置最大的不同為：①UPS為在線式不間斷供電系統(tǒng)，而應(yīng)急照明電源裝置為非在線式供電電源。②UPS是為弱電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不間斷電源裝置，供電質(zhì)量要求高，需要通過逆變器饋電；而應(yīng)急照明電源裝置是為消防設(shè)備供電的，必須通過消防認(rèn)證。兩類產(chǎn)品從系統(tǒng)構(gòu)成和產(chǎn)品要求上均不同，因此也不能進(jìn)行整合。
屏蔽門的門機(jī)驅(qū)動負(fù)荷是電動機(jī)負(fù)載，門機(jī)啟動時會對其它用電系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，且啟動頻繁，因此也不建議整合。
其它弱電系統(tǒng)的用電需求均相同，具備整合可能。
綜合以上因素，建議應(yīng)用于地鐵內(nèi)的弱電綜合UPS系統(tǒng)的整合范圍為：通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、自動滅火系統(tǒng)和屏蔽門控制系統(tǒng)（不含屏蔽門驅(qū)動系統(tǒng)）。
2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
UPS整合前，雖然各系統(tǒng)分開設(shè)置UPS存在眾多弊端，但分散設(shè)置的UPS間能夠做到互不影響，某個系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，并不影響其它系統(tǒng)的工作，風(fēng)險分散在各系統(tǒng)上。UPS整合后，將分散的各子系統(tǒng)風(fēng)險集于一身，一旦出現(xiàn)系統(tǒng)故障，則會影響一大片，因此系統(tǒng)的可靠性顯得尤為重要。目前，比較可行的整合方案有以下幾種。
方案1：單機(jī)單母線方案。采用單臺UPS為整合范圍內(nèi)的所有弱電系統(tǒng)供電。該方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行效率高，只需設(shè)置1套電池組，成本低；缺點(diǎn)是供電可靠性相對較低。
方案2：雙機(jī)雙母線方案。采用2臺UPS雙母線雙饋出回路至用電設(shè)備處，在用電設(shè)備處設(shè)置靜態(tài)電子切換開關(guān)（STS）裝置，滿足用電的高可靠性要求；2臺UPS的電池組共用。該方案系統(tǒng)造價略高。
方案3：雙機(jī)單母線1+1冗余方案。2臺UPS互為備用，平時2臺UPS各負(fù)擔(dān)50%的負(fù)載，當(dāng)1臺UPS退出運(yùn)行時，由另1臺UPS承擔(dān)100%的負(fù)載；2臺UPS共用電池組。該方案供電可靠性高，造價較方案2低。
實(shí)踐證明，隨著UPS冗余系統(tǒng)中UPS單機(jī)數(shù)量的增加，整個UPS并機(jī)系統(tǒng)的可靠性是不斷下降的。
為確保系統(tǒng)供電可靠性，建議UPS采用1+1并機(jī)冗余的運(yùn)行方式。方案2及方案3中UPS系統(tǒng)均采用1+1并機(jī)冗余方式來提高系統(tǒng)的可靠性。方案2在用電負(fù)荷末端采用了STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換裝置，將進(jìn)一步提高整個系統(tǒng)的可靠性，建議在軌道交通中采用。
3智能配電盤實(shí)現(xiàn)分時斷電
由于整合范圍內(nèi)各用電系統(tǒng)的后備時間需求不同，因此在配電部分需要增加智能配電盤以實(shí)現(xiàn)分時斷電功能。
智能配電盤由柜體、PLC（可編程邏輯控制器）通信處理器、人機(jī)界面、盤柜內(nèi)斷路器等元器件組成。當(dāng)UPS由電池供電時，智能配電盤通過PLC，按不同負(fù)載的不同后備延時要求對各饋出回路分時斷電，實(shí)現(xiàn)各弱電系統(tǒng)負(fù)載按預(yù)置后備時間自動切除。在智能配電盤系統(tǒng)面板上設(shè)手動旁路開關(guān)，當(dāng)PLC故障或任何負(fù)荷接觸器誤跳閘時，可通過手動開關(guān)實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的連續(xù)供電。
4結(jié)語
采用弱電綜合UPS集中供電在系統(tǒng)投資、維護(hù)管理、節(jié)約資源等方面具有明顯優(yōu)勢。隨著UPS質(zhì)量的不斷提高，綜合UPS的應(yīng)用越來越廣泛。目前北京、成都、深圳、廣州等地鐵已經(jīng)或準(zhǔn)備采用綜合UPS系統(tǒng)。
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