基于地铁车站弱电系统UPS集中供电研讨

基于地铁车站弱电系统UPS集中供电研讨

宋晓波

（深圳地铁集团运营总部518000）

摘要：随着城市地铁的不断发展，弱电系统在地铁中的应用也越来越广泛，很多设备的供电都属于一级或二级负荷，对电源的可靠性要求相对较高，需要运用UPS。本文针对地铁车站弱电系统UPS集中供电进行了简要研讨，以供参考。

关键词：地铁车站；弱电系统；UPS集中供电

1、UPS电源设备分类及组成

1.1UPS电源分类

UPS按工作原理基本可分成后备式、在线互动式和在线双转换式三大类。三种类型UPS的工作方式各不相同，适用于不同的工作场合。

1）后备式UPS在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电超出其工作范围或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。其特点是：结构简单，体积小，成本低，但输入电压范围窄，输出电压稳定精度差，有一定的切换时间。这类UPS适用于对供电质量要求不高，允许有很短时间供电中断的场合，如家用计算机配置的就是此类UPS电源。

2）在线互动式UPS在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电偏低或偏高时，通过UPS内部稳压线路稳压后输出，当市电异常或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。其特点是：有较宽的输入电压范围，噪音低，体积小等特点，但同样存在切换时间。

3）在线双转换式UPS在市电正常时，将市电进行整流提供直流电压给逆变器工作，由逆变器向负载提供交流电，在市电异常时，逆变器由电池提供能量，逆变器始终处于工作状态，保证无间断输出。其特点是：有极宽的输入电压范围，无切换时间且输出电压稳定精度高，特别适合对电源要求较高的场合，但是成本较高。目前，在国内地铁领域广泛应用的基本都是在线双转换式的UPS电源。

1.2在线双转换式UPS电源组成及功能

1）在线双转换式UPS电源由整流模块（或整流器）、逆变器、静态开关、旁路开关和监控模块组成，当外供交流正常供电时，UPS可看成一台稳频稳压电源，既向蓄电池组充电又向逆变器供电，逆变器输出洁净的交流电源。停电时，由蓄电池组经逆变器向负载供电。

2）在线式UPS作为可以提供高质量交流电的供电设备，应至少具有以下功能：手/自动旁路功能；输出短路保护功能；输出过载保护功能；蓄电池低压下电保护；输出电压过/欠压保护；过温保护功能；支持智能化、可视化管理；具有串行数据通讯接口，支持标准开放的协议；可对输入电压、输出电压、输出频率、蓄电池电压进行遥测；可定期对蓄电池组进行浮充、均充转换；电池组自动温度补偿及电池组放电记录功能；支持并机功能。

2、地铁车站UPS电源系统应用特点与现状

城市地铁车站设置有通信信号、环境监控、自动售检票、自动报警等弱电系统，这些一级负荷的系统必须依靠可靠性高的电源维持正常连续运转，保证供电效率与质量。因此地铁的车站传统系统中就设置有很多分散的不间断电源装置，但是这些电源系统不能实现资源共享，利用率较低，无法保证良好的经济效益，并且占据了较大的面积；在电源设备的后期维护中也存在较多问题，不同运营部门需配备专门的维护人员与电源工具，进行分批式的电源管理，为地铁车站的运行工作增加了维护成本，还造成了人力资源的浪费。传统的车站电源系统维护过程中，蓄电池容量不能达到要求标准，从而导致维护不当，因此为了更好地适应蓄电池的供应要求，一些研究人士开始对电源系统的UPS主机以及蓄电池进行集中整合，对电源系统进行统一维护与管理，地铁车站弱电系统UPS集中供电模式逐渐投入使用。

3、车站电源系统需求与整合范围

地铁弱电系统是靠UPS集中供电的，因此对UPS电源的紧密性与可靠性要求较高。以下就对不同系统的需求、负载类型以及电源特点分别进行了分析。专用通信以及各种监控系统是依靠计算机和网络运营的，主要表现为电容性负载，通常采用220V电压的电源，对电源系统进行集中供电。

安全门以及屏蔽门等系统属于驱动电源，为110V电压的直流电源，通常属于DC等级，这类驱动电源的负载集中在站台，一般为电感性负载，运行的功率较低，但是运行中的冲击电流较大，如果使用整合系统进行供电，就会对电压以及电源质量造成影响，不能保证电源供应的稳定性，因此这类系统需设置特殊的独立电源。

车站的弱电系统，通常设置在车站两边，而电源设置在弱电系统的负荷附近，因此变电设施到电源路程较远，线路繁琐迂回，导致线路压力较大，因此需独立设置电源。应急照明与自动报警系统等负载分布较广，且有耐火等级要求，必须就地安装蓄电池，这些系统的电源设备都需要接受相关认证与消防验收，应设置专用的UPS电源进行集中管理。

4、UPS集中供电应用方案

UPS电源系统对不同的弱电系统的功能不同，因此既定的整合方案不能满足所有的系统情况，对于地铁车站工程，对UPS集中供电技术的要求较高，必须借鉴以往的经验，考虑到实际的系统需求，结合案例分析进行具体的研究，提高系统的可靠性与稳定性。

4.1系统方案构成

地铁弱电集中供电系统通常要求双电源进行供电输入，利用双机联用的电池组进行系统供电。系统结构配置主要结构有UPS主机、蓄电池以及ATS屏等，其中一侧电源需要通过ATS转换实现供电，两台UPS主机通过电屏并联安装，供电分配给给其他系统负载使用。UPS主机可以自动调节，保证各系统负载的均匀分配。智能配电屏的作用是进行放电供电，利用蓄电池资源运行。UPS的双电源输入使电池利用较少，利用合理的配置方式对电池组资源进行优化。两台UPS主机可为电池组进行充电，断电后能将电池组能量转化为交流电供于负载，因此能预防因UPS主机故障而引起的供电中断。电池组可以通过连接的开关进行维修控制，为后期的设备保养提供了便利。系统中的监测池还可以对电池漏液进行检测，能有效防止漏液故障，减少故障危害程度。

4.2系统运行关系与方式

如果一台UPS主机出现故障，UPS就会自动呈现锁闭状态，及时将负载转移，一旦出现故障的UPS主机修复完后，满足原有的运行方式，系统就会自动解锁，维持原有的供电模式。故障修复过程中，转换时间很短，并不会因此负载设备的影响出现电池供给异常的现象，会一直保持原有的电池可用数量，不会对系统负载造成任何不良影响。

如果两台UPS同时出现故障，无法实现供电逆变输出，则两台UPS的负载会完全转移到静态旁路，这时可将两台UPS主机关闭并进行维修；共用电池组是通过并联方式连接，如果有电池故障现象或者通过警报得知故障，就可以通过控制电池开关进行故障维修与处理，等线路正常后将电池组投入运行。

结语

随着我国经济与科技的不断发展与进步，电子数字技术广泛地应用于各行业。UPS集中供电技术的日益成熟与普及使我国地铁车站的供电可靠性不断提高，UPS集中供电方式不仅节约了设备的占地面积，减少了设备投资以及工程造价，很好地实现了资源共享，规范性的设备品牌选型还有利于设备招标，为地铁车站电源整合提供了控制的新途径。

参考文献

[1]张文涧.城市轨道交通弱电系统电源建设及运营管理问题探讨[J].机电工程技术，2013.

[2]周悦.集中式不间断电源在城市轨道交通应用中的关键因素及对策分析[J].城市轨道交通研究，2013.

作者简介

宋晓波（1981.8.22），男，广东深圳人。深圳大学材料科学与工程专业。单位：深圳地铁集团运营总部。