地鐵弱電系統(tǒng)應(yīng)用在地鐵的車站,、車輛段,、停車場(chǎng)、控制中心等場(chǎng)所,，包括通信,、信號(hào)、綜合監(jiān)控（電力監(jiān)控PSCADA,、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控BAS,、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警FAS、門禁ACS）,、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)AFC,、乘客信息系統(tǒng)PIS、屏蔽門,、變電所直流操作,、應(yīng)急照明等部分，系統(tǒng)一般由計(jì)算機(jī),、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及自動(dòng)化控制設(shè)備組成,，用電為一級(jí)負(fù)荷，因此需要高可靠性的后備電源進(jìn)行不間斷供電,，以保證供電質(zhì)量和供電連續(xù)性,。屏蔽門驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變電所直流操作以及部分通信設(shè)備分別用到DC110V、DC220V和DC-48V電源,，一般由專門的直流電源獨(dú)立供電,。應(yīng)急照明一般為交流感應(yīng)式的負(fù)載，分布在整個(gè)車站范圍內(nèi),，點(diǎn)多面廣,，多采用EPS供電。剩余的通信,、信號(hào),、電力監(jiān)控、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控,、門禁,、火災(zāi)報(bào)警、自動(dòng)售檢票,、乘客信息,、屏蔽門網(wǎng)絡(luò)控制等系統(tǒng)均為計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等容性負(fù)載，需要AC380/220V電源,，最適合采用UPS系統(tǒng)進(jìn)行供電,。由于地鐵運(yùn)營(yíng)環(huán)境及其設(shè)備的特殊性，一般要求提供電源的UPS系統(tǒng)滿足下列要求： 1.可靠性強(qiáng),，能適應(yīng)地下運(yùn)行環(huán)境,，以確保車站各弱電系統(tǒng)設(shè)備全天候、穩(wěn)定,、可靠地運(yùn)行; 2.綠色環(huán)保,，避免污染電力環(huán)境及自然環(huán)境; 3.安全性高，保護(hù)全面,，不易造成人為設(shè)備故障,，不會(huì)威脅人身安全; 4.便于近、遠(yuǎn)端管理,，有標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口及開放的通訊協(xié)議; 5.盡量采用集中式供電,，綜合利用各種資源。目前,，軌道交通UPS電源整合是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì),，全國各地地鐵新建線路都在進(jìn)行UPS整合工作，因?yàn)檫@樣更有利于資源的綜合利用,，更有利于設(shè)備的專業(yè)化維護(hù)與管理,，同時(shí)也有利于節(jié)省機(jī)房使用面積。

　　應(yīng) 用 領(lǐng) 域

　　交通

　　地鐵

　　方 案 內(nèi) 容

　　根據(jù)地鐵應(yīng)用環(huán)境對(duì)UPS系統(tǒng)的具體要求,，我們選用由臺(tái)達(dá)NT系列UPS（12P）,、中達(dá)電通DCF126系列蓄電池和中達(dá)電通智能配電柜組成的雙電源輸入、雙母線架構(gòu)、共享電池組,、負(fù)載分時(shí)供電的集中供電組合方案,。

　　該方案的系統(tǒng)示意圖如下：

　　系統(tǒng)中的兩臺(tái)UPS容量相等，互為備份,，彼此通過兩根相互冗余的通訊線相連，使它們的相位始終同步,，確保后面的STS切換順暢,。

　　該系統(tǒng)有下列特性符合地鐵應(yīng)用環(huán)境的需求:

　　1.可靠性強(qiáng)，適應(yīng)地下運(yùn)行環(huán)境,。如:UPS耐溫,、濕度范圍寬，抗外界干擾能力強(qiáng),，輸入電源的電壓和頻率范圍寬,，輸出電力品質(zhì)高，全橋逆變加隔離變壓器對(duì)負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng),，內(nèi)部重要線路冗余備份,，容錯(cuò)能力強(qiáng)，單機(jī)MTBF高達(dá)30萬小時(shí)等,。而雙母線架構(gòu)對(duì)負(fù)載又有了雙重保障,。

　　2.UPS低諧波，高效率,，低輻射,，低噪音等特性體現(xiàn)了綠色環(huán)保、對(duì)電力環(huán)境及自然環(huán)境污染少的特性,。

　　3.UPS符合CE,、TUV、IEC等安全標(biāo)準(zhǔn),，具有過溫,、過載、短路,、誤操作,、電池漏夜等保護(hù)功能，并且有近,、遠(yuǎn)端的緊急關(guān)機(jī)功能,，安全可靠，不易造成人為設(shè)備故障和人身安全威脅,。

　　4.UPS配備大型中/英文圖形化LCD顯示,，以及RS232、RS485、20選6的智能干接點(diǎn)以及供選購的SNMP,、MODBUS卡等,，并有開放的通訊協(xié)議提供，便于近,、遠(yuǎn)端監(jiān)控管理,。對(duì)于本方案可將UPS監(jiān)控納入綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS），與綜合監(jiān)控系統(tǒng)FEP接口,，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的統(tǒng)一監(jiān)控管理,。

　　5.本方案在每個(gè)站點(diǎn)配置一臺(tái)大功率的UPS集中供電，可使負(fù)載綜合利用電力資源,。同時(shí),，共享電池組和分時(shí)供電的方式也是綜合利用資源的一個(gè)具體體現(xiàn)。

　　技 術(shù) 路 線

　　UPS容量選擇

　　由UPS集中供電的負(fù)載情況表可知,，車站,、車輛段、停車場(chǎng)和控制中心的負(fù)載量依次為：126KVA,、103KVA,、74KVA和126KVA。這些負(fù)載都是電腦性的,，輸入功率因數(shù)一般為0.7,，小于UPS的輸出功率因數(shù)0.8，選擇UPS容量時(shí)應(yīng)當(dāng)按VA值來計(jì)算,。為了確保UPS長(zhǎng)期安全可靠地運(yùn)行,，負(fù)載量一般設(shè)定在UPS額定容量的60%～80%。所以車站,、車輛段,、停車場(chǎng)和控制中心應(yīng)分別配置160KVA、160KVA,、100KVA和 160KVA的UPS,，它們的負(fù)載量最大能達(dá)到單臺(tái)UPS的78%、64%,、74%和78%,，符合系統(tǒng)可靠性的要求。

　　電池配置計(jì)算

　　本方案采用UPS共享電池組方案,，并且市電停掉后要分時(shí)供電給負(fù)載,。以車站為例：有40KVA的負(fù)載后備2小時(shí)， 46KVA的負(fù)載后備1小時(shí),， 40KVA的負(fù)載后備0.5小時(shí),。

　　基于電池的放電特性,，若采用分時(shí)間段（豎直分）計(jì)算法，結(jié)果會(huì)比實(shí)際的配置偏大;若采用分功率段（水平分）計(jì)算法,，結(jié)果會(huì)比實(shí)際的配置偏小,。這里采用分功率段（水平分）計(jì)算法計(jì)算，然后再將結(jié)果進(jìn)行修正,。計(jì)算過程如下：

　　P（W） 電池提供總功率 P（VA） 負(fù)載標(biāo)稱容量（VA）

　　Pf 負(fù)載輸入功率因數(shù) η UPS逆變轉(zhuǎn)換效率

　　Pnc 每只電池需要提供的功率 n UPS配置的電池?cái)?shù)量

　　N 單顆電池的cell數(shù)

　　P（W）=｛P（VA）×Pf｝/η

　　Pnc=P（W）/（n×N）

　　1.40KVA 2小時(shí)：

　　P（VA）=40KVA 負(fù)載輸入功率因數(shù)Pf ≈0.7

　　逆變器效率η=0.95 n = 29

　　N = 6

　　P（W）=｛P（VA）×Pf｝/η

　　= ｛40000×0.7｝/0.95

　　=29473.68（W）

　　Pnc=P（W）/（n×N）

　　=29473.68 /（29×6）

　　= 169.39（W）

　　根據(jù)中達(dá)電通電池的恒功率放電特性表可得出2小時(shí)放電時(shí)間,，1.75V截止電壓下， DCF126-12/100型號(hào)的電池能提供68.4W的功率,， 169.39/68.4=2.48組.

　　2.46KVA 1小時(shí)：

　　P（VA）=46KVA 負(fù)載輸入功率因數(shù)Pf ≈0.7

　　逆變器效率η=0.95 n = 29

　　N = 6

　　P（W）=｛P（VA）×Pf｝/η

　　= ｛46000×0.7｝/0.95

　　=33894.74（W）

　　Pnc=P（W）/（n×N）

　　=33894.74 /（29×6）

　　= 194.80（W）

　　根據(jù)中達(dá)電通電池的恒功率放電特性表可得出1小時(shí)放電時(shí)間,，1.75V截止電壓下， DCF126-12/100型號(hào)的電池能提供112.2W的功率,，194.80/112.2=1.74組.

　　3.40KVA 0.5小時(shí)：

　　P（VA）=40KVA 負(fù)載輸入功率因數(shù)Pf ≈0.7

　　逆變器效率η=0.95 n = 29

　　N = 6

　　P（W）=｛P（VA）×Pf｝/η

　　= ｛40000×0.7｝/0.95

　　=29473.68（W）

　　Pnc=P（W）/（n×N）

　　=29473.68 /（29×6）

　　= 169.39（W）

　　根據(jù)中達(dá)電通電池的恒功率放電特性表可得出0.5小時(shí)放電時(shí)間，1.75V截止電壓下,， DCF126-12/100型號(hào)的電池能提供181.3W的功率,， 169.39/181.3=0.93組.

　　2.48+1.74+0.93=5.15（組）

　　由于這種計(jì)算方法得出的結(jié)果會(huì)比實(shí)際的配置略有偏小，所以取6組應(yīng)當(dāng)足以滿足負(fù)載的后備時(shí)間需求,。

　　同樣可以計(jì)算出車輛段UPS系統(tǒng)需配置中達(dá)電通DCF126 12/100型號(hào)的電池4組;停車場(chǎng)UPS系統(tǒng)需配置中達(dá)電通DCF126 12/100型號(hào)的電池3組;控制中心UPS系統(tǒng)需配置中達(dá)電通DCF126 12/100型號(hào)的電池6組;

　　供電運(yùn)行方式與邏輯關(guān)系

　　結(jié)合方案的系統(tǒng)示意圖可以了解系統(tǒng)的供電運(yùn)行方式與邏輯關(guān)系,。

　　1. 正常供電運(yùn)行方式

　　兩路主電源為兩臺(tái)UPS供電，主電源1接UPS1的主輸入,，主電源2接UPS2的主輸入,，兩臺(tái)UPS的旁路同時(shí)接到主電源1或者主電源2上（不同的站點(diǎn)可以不同）。 兩臺(tái)UPS同時(shí)輸出到各個(gè)負(fù)荷側(cè)的STS開關(guān),，通過設(shè)置STS開關(guān)狀態(tài),，實(shí)現(xiàn)大約各帶一半負(fù)載。這樣能確保兩路電源上的負(fù)載量基本均分,，當(dāng)兩臺(tái)UPS都運(yùn)行于旁路狀態(tài)時(shí),，相位仍然同步，STS轉(zhuǎn)換不受影響,。

　　UPS1和UPS2同時(shí)為電池組充電,，充電電流各占50%。為了日后維修和保養(yǎng)方便,，每臺(tái)UPS和每組電池都裝有自己的連接開關(guān),。

　　2. UPS故障運(yùn)行方式

　　a. UPS2故障，則通過STS將所有的負(fù)載切換到UPS1,，然后維修UPS2,，修復(fù)后再恢復(fù)原帶載運(yùn)行方式;

　　b. UPS1故障，則通過STS將所有的負(fù)載切換到UPS2,，然后維修UPS1,，修復(fù)后再恢復(fù)原帶載運(yùn)行方式;

　　c. 兩臺(tái)UPS都故障,，則通過兩臺(tái)UPS的靜態(tài)旁路供電給負(fù)載。此時(shí),，可以將兩臺(tái)UPS打到維修旁路或者輪流關(guān)閉進(jìn)行維修,，修復(fù)后再轉(zhuǎn)為原帶載運(yùn)行方式。

　　3. 電池組故障運(yùn)行方式

　　電池組分為3—6組并聯(lián),，若發(fā)現(xiàn)電池故障或者報(bào)警,，維修人員切除故障的電池分組，進(jìn)行維修維護(hù)工作,，修復(fù)后再將電池分組重新投入運(yùn)行,。

　　4. 失去1路主電源運(yùn)行方式

　　a. UPS2主電源失電，則UPS2停止輸出,，通過STS將所有負(fù)載切到UPS1;

　　b. UPS1主電源失電,，則UPS2停止輸出，通過STS將所有負(fù)載切到UPS2,。

　　5. 失去2路主電源運(yùn)行方式

　　此時(shí)兩臺(tái)UPS同時(shí)轉(zhuǎn)到電池組放電狀態(tài),，通過STS后共同分擔(dān)后面的負(fù)載。若此時(shí)任何1臺(tái)UPS故障,，其后面的負(fù)載都會(huì)通過STS轉(zhuǎn)移到另外一臺(tái)UPS上去,，電池組也會(huì)全部轉(zhuǎn)給正常的UPS使用，后備時(shí)間不受影響,。

　　智能配電柜會(huì)結(jié)合各負(fù)荷的后備時(shí)間要求,，按時(shí)切除相應(yīng)的負(fù)載。

　　6. 檢修運(yùn)行方式

　　a. 檢修單臺(tái)UPS時(shí),，斷開一臺(tái)進(jìn)行檢修,，另一臺(tái)正常運(yùn)行;

　　b. 檢修單組蓄電池時(shí)，斷開一組進(jìn)行檢修,，其它電池組正常運(yùn)行;

　　c. 當(dāng)兩臺(tái)UPS同時(shí)檢修時(shí),，可將兩臺(tái)UPS打到維修旁路或者輪流關(guān)閉進(jìn)行檢修。

　　其 他

　　方案特點(diǎn)分析

　　概括起來,，該方案具有以下幾個(gè)特點(diǎn):

　　1. UPS電源采用集中式配置,，跟分散式配置相比，該方案更能綜合利用UPS和蓄電池資源,，具有設(shè)備可靠性高,、節(jié)省安裝空間、維修和管理方便等優(yōu)點(diǎn),，符合地鐵行業(yè)的的發(fā)展趨勢(shì),。

　　2. 輸入電源采用雙路同時(shí)分別供電，跟前端采用ATS切換裝置相比,，該方案更節(jié)省投資,，使雙路電源負(fù)載均分,，并且避免了ATS的單點(diǎn)故障。

　　3.系統(tǒng)采用兩臺(tái)UPS雙母線架構(gòu),，跟單機(jī)和雙機(jī)并聯(lián)架構(gòu)相比,，減少了單故障點(diǎn)，增強(qiáng)了可靠度,。

　　4.采用雙機(jī)共享電池組方式,，確保任何一臺(tái)UPS故障時(shí)，系統(tǒng)總的后備時(shí)間不受影響,，并且同時(shí)具備了以下優(yōu)點(diǎn)：

　　a.節(jié)省購買電池的資金投資,，相應(yīng)的搬運(yùn)、安裝等投資也跟著減少,。

　　b. 節(jié)省安裝空間投資,，相應(yīng)的裝修費(fèi)、空調(diào)配置等投資也跟著減少,。

　　c. 節(jié)省承重方面的投資,。

　　d. 節(jié)省電耗、維護(hù)保養(yǎng)等運(yùn)營(yíng)成本方面的投資,，更加環(huán)保。

　　e. 系統(tǒng)擴(kuò)容比較方便,，主機(jī)和電池組的擴(kuò)容可以分別進(jìn)行,，非常安全、方便,，可以靈活利用資金,。

　　f. 發(fā)揮電池的最大效能，提高電池利用率,。對(duì)于傳統(tǒng)的電池配置方案,，由于電池?cái)?shù)量較多，停電后電池會(huì)小電流放電,，電池容量可能還沒有放掉多少,，市電就已經(jīng)恢復(fù)。這種小電流的淺度放電對(duì)電池是沒有好處的,，久而久之電池性能就會(huì)下降,，一旦某臺(tái)UPS壞掉，其它UPS電池的后備時(shí)間就會(huì)達(dá)不到要求,。而對(duì)于共享電池組方案,，由于電池?cái)?shù)量相對(duì)較少，停電后電池的放電電流就會(huì)比較大,，電池容量也可以放的比較多,，這樣有利于提高電池的活性,，延長(zhǎng)電池壽命。一旦某臺(tái) UPS壞掉,，系統(tǒng)的后備時(shí)間也不會(huì)受到影響,，因?yàn)殡姵夭粫?huì)跟著UPS失效而失效。

　　5.根據(jù)負(fù)載重要程度,，采用分時(shí)供電方式,，合理分配資源，實(shí)現(xiàn)效益最大化,。

　　6.采用臺(tái)達(dá)NT系列UPS,，該產(chǎn)品更能符合軌道交通方案需求，產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)異,、廠家服務(wù)周到,。同時(shí)采用冗余的通訊線代替LBS，節(jié)省了投資,，提高了效率,，增加了系統(tǒng)可靠度。