地铁集中供电技术探讨

地铁集中供电技术探讨

李慧凝

南京地铁运营有限责任公司江苏南京210000

摘要：本文针对分散设置UPS存在的问题，通过对各系统电源分析，本着合理设置，节约能源的目的，提出集中设置UPS的可行性和方案。

关键词：地铁；UPS供电；供电方式

前言

地铁站内机电系统众多，如通信、信号、综合监控、环境与设备监控、旅客信息显示、办公网络、门禁、AFC系统、火灾自动报警、屏蔽门/安全门、照明系统、变电所综合自动化等系统，这些系统主要由计算机、网络设备及自动化控制设备等组成，负责地铁内部的信息传递、车站的旅客运输、环境监控、乘客导引等，属于一级负荷，需要可靠性很高的电源来保证供电质量和供电连续性。各系统对电源的性能和后备时间不尽相同，因此目前大多数系统采用了单独设置UPS供电系统的方式，具有将电源故障风险分散，各系统互不影响的优点。但存在UPS品牌繁多、设备重复配置、利用率和可靠性低等缺点。

随着近年来电力电子设备制造工艺和应用技术的发展，目前在电信行业和大型数据中心，均有采用大容量UPS系统集中供电的先例，大容量UPS电源系统和先进控制技术在通信和数据中心等领域有较成熟的经验，为在轨道交通工程中实现对各个弱电系统UPS电源的集中提供了有利条件。

一、集中UPS供电需求分析

在其发展初期，UPS仅被视为一种备用电源。但电网直接供电质量问题如电压浪涌、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，使计算机等设备的电子系统受到干扰，造成敏感元件、磁盘程序等受损、信息丢失等严重后果，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。

地铁各系统对UPS的要求的共同点如下：

高可靠性与安全性；

电源质量优质，具有稳压和限流功能等；

在市电故障情况下可以实现不间断供电；

极强的过载能力；

智能化、网络化，易于实现电源监控；

功率因数尽量高，降低对电网的影响。

地铁各系统负载情况如下：

通信系统：采用AC220V供电的设备主要有：闭路电视监视系统视频控制矩阵、摄像头等；广播系统广播控制矩阵、麦克风等；时钟系统一级、二级母钟等；采用DC48V供电的设备主要有：传输系统设备包括光纤数字通信设备，例如SDH、OTN交换设备等。业务一般调度电话、站间行车电话、无线电话、公务电话、区间电话以及各系统监控信息等。

信号系统：正线车站及轨旁子系统分为设备集中站和非设备集中站。设备集中站包括ATS分机、联锁设备、维修终端、操作终端、ATP/ATO地面、车地通信等系统设备；非设备集中站设置必要的显示驱动设备。

（1）采用AC220V供电的设备主要有：ATS分机、联锁设备、维修终端、操作终端、ATP/ATO地面、车地通信等系统设备及各车站设置发车计时器。

（2）采用DC24V供电的设备主要有：站台紧急关闭按钮等设备；

（3）AC110V供电的设备主要有：道岔车站设置的道岔防护信号机；

（4）AC380V供电的设备主要有：道岔转辙设备等。

综合监控系统：采用AC220V供电的设备主要有：服务器、操作终端、通信前置机、打印机、交换机、综合后备盘、环境与设备监控和门禁控制设备等；采用DC24V供电的设备主要有：环境监控主控制器、门禁的终端设备等。需要在终端设备旁设置电源转换装置解决。

AFC系统：车站设备主要由车站服务器、监控工作站、票务工作站、紧急按钮控制装置、打印设备、网络设备和电源设备等构成。车站售检票终端设备由自动售票机、半自动售票机、自动检票机、自动查询机和便携式检验票机等构成。AFC设备均可采用AC220V供电，且目前的闸机均有断电释放的功能。

乘客信息系统：计算机、网络设备、信息显示设备、户外LED等，采用AC220V供电。

屏蔽门系统：主要包括屏蔽门控制、驱动设备等。控制设备需连续提供AC220V控制电源，驱动设备需要DC110V驱动电源。

车站应急照明系统：车站应急照明包括疏散照明和备用照明，疏散照明由出口标志灯、指向标志灯、疏散照明灯等组成，一般为交流感应式的负载，采用AC220V电源。

根据负荷类型划分，轨道交通机电系统可分为冲击负荷和持续性负荷。屏蔽门系统属于冲击性负荷，驱动设备负载主要分布在站台上，其运行方式比较特殊，驱动电源一般采用直流电源，且屏蔽门的驱动电机属于电感性负载，功率因数比较低，冲击电流大，若采用集中UPS电源系统供电，会明显影响电压稳定，降低电源质量。因此，宜独立设置后备电源，不宜纳入电源整合范围。其他弱电设备为持续性负荷，可纳入集中供电整合范围。

二、ups结构型式方案

UPS结构型式方案可为整体式与模块式两种，整体式大容量ups往往采用1＋1并机冗余方式进行供电，模块式ups采用n＋x并机冗余方式进行供电。1＋1并机模式为正常情况下两台设备平均分担全部负荷，任何一台设备故障时，另一台设备能担负全部负荷，冗余度高，稳定性强。n＋x并机模式为正常情况下所有模块共同分担全部负荷，当某一模块出现故障时，可将故障模块退出，保证系统正常运行，该方案经济可行。

三、集中ups冗余设置方案

方案一（单机供电方式）：市电所供AC380V电源经双电源切换箱后作为两套UPS装置的输入电源。正常工作时，采用低压0.4kV电源经UPS整流逆变后为各个系统供电；当两路低压外电源均失电或外电源切换时，蓄电池电源逆变为其他系统供电；当UPS装置故障（整流器故障和逆变器故障）后自动切换到静态旁路，由低压0.4kV外电源直接供电。

方案三（单机与冗余并机结合供电方式）：车站按信号系统集成度可分为联锁集中站与非联锁集中站，从考虑行车安全角度考虑，在信号联锁车站可采用并机冗余的方案，而在普通车站从节约成本方面考虑信号集中站采用仅采用单机系统，从而在系统安全性和性价比之间进行了较好的平衡。

四、结束语

地铁集中UPS供电的总目标是对各UPS电源系统的蓄电池、UPS装置进行硬件整合和集中布置，便于UPS电源系统的统一维护与管理，通过硬件整合减少UPS设备重复配置，实现资源共享，节省设备投资，在满足各系统设备功能需求的同时，提高供电系统有效利用效率，降低运营成本。