台达UPS地铁弱电系统解决方案 (1)

UPS的应用随处可见，而在地铁弱电系统中，将UPS和智能化配电系统与蓄电池组整合起来，还是一个崭新的应用领域，本文重点介绍中达在该领域的成功案例。

一、地铁弱电系统的电源需求

地铁弱电系统应用在地铁的车站、车辆段、停车场、控制中心等场所，包括通信、信号、综合监控（电力监控PSCADA、环境与设备监控BAS、火灾自动报警FAS、门禁ACS）、自动售检票系统AFC、乘客信息系统PIS、屏蔽门、变电所直流操作、应急照明等部分，系统一般由计算机、网络设备及自动化控制设备组成，用电为一级负荷，因此需要高可靠性的后备电源进行不间断供电，以保证供电质量和供电连续性。

屏蔽门驱动电机、变电所直流操作以及部分通信设备分别用到DC110V、DC220V和DC—48V电源，一般由专门的直流电源独立供电。应急照明一般为交流感应式的负载，分布在整个车站范围内，点多面广，多采用EPS供电。剩余的通信、信号、电力监控、环境与设备监控、门禁、火灾报警、自动售检票、乘客信息、屏蔽门网络控制等系统均为计算机和网络设备等容性负载，需要AC380/220V电源，最适合采用UPS系统进行供电。

由于地铁运营环境及其设备的特殊性，一般要求提供电源的UPS系统满足下列要求：

1．可靠性强，能适应地下运行环境，以确保车站各弱电系统设备全天候、稳定、可靠地运行。

2．绿色环保，避免污染电力环境及自然环境。

3．安全性高，保护全面，不易造成人为设备故障，不会威胁人身安全。

4．便于近、远端管理，有标准的通讯接口及开放的通讯协议。

5．尽量采用集中式供电，综合利用各种资源。目前，轨道交通UPS电源整合是一个发展趋势，全国各地地铁新建线路都在进行UPS整合工作，因为这样更有利于资源的综合利用，更有利于设备的专业化维护与管理，同时也有利于节省机房使用面积。

表1是某地铁线路弱电系统中适合UPS集中供电的负载情况，它在地铁地业中具有一定的代表性：

表1

二、系统方案选择

根据地铁应用环境对UPS系统的具体要求，我们选用由台达NT系列UPS（12P）、中达电通DCF126系列蓄电池和中达电通智能配电柜组成的双电源输入、双母线架构、共享电池组、负载分时供电的集中供电组合方案。

该方案的系统示意图如图1：

图1

系统中的两台UPS容量相等，互为备份，彼此通过两根相互冗余的通讯线相连，使它们的相位始终同步，确保后面的STS切换顺畅。

该系统有下列特性符合地铁应用环境的需求：

1．可靠性强，适应地下运行环境。如：UPS耐温、湿度范围宽，抗外界干扰能力强，输入电源的电压和频率范围宽，输出电力品质高，全桥逆变加隔离变压器对负载适应性强，内部重要线路冗余备份，容错能力强，单机MTBF高达30万小时等。而双母线架构对负载又有了双重保障。

2．UPS低谐波，高效率，低辐射，低噪音等特性体现了绿色环保、对电力环境及自然环境污染少的特性。

3．UPS符合CE、TUV、IEC等安全标准，具有过温、过载、短路、误操作、电池漏液等保护功能，并且有近、远端的紧急关机功能，安全可靠，不易造成人为设备故障和人身安全威胁。

4．UPS配备大型中/英文图形化LCD显示，以及RS232、RS485、20选6的智能干接点以及供选购的SNMP、MODBUS卡等，并有开放的通讯协议提供，便于近、远端监控管理。对于本方案可将UPS监控纳入综合监控系统（ISCS），与综合监控系统FEP接口，实现对电源的统一监控管理。

5．本方案在每个站点配置一台大功率的UPS集中供电，可使负载综合利用电力资源。同时，共享电池组和分时供电的方式也是综合利用资源的一个具体体现。

三、UPS容量选择

由UPS集中供电的负载情况表可知，车站、车辆段和控制中心的负载量依次为：126KVA、103KVA、74KVA和126KVA。这些负载都是电脑性的，输入功率因数一般为0.7，小于UPS的输出功率因数0.8，选择UPS容量时应当按VA值来计算。为了确保UPS长期安全可靠地运行，负载量一般设定在UPS额定容量的60%~80%。所以车站、车辆段、停车场和控制中心应分别配置160KVA、160KVA、100KVA和160KVA的UPS，它们的负载量最大能达到单台UPS的78%、64%、74%和78%，符合系统可靠性要求。

四、电池配置计算

本方案采用UPS共享电池组方案，并且市电停掉后要分时供电给负载。以车站为例：有40KVA的负载后备2小时，46KVA的负载后备1小时，40KVA的负载后备0.5小时。其负载—时间坐标图如图2：

图2

基于电池的放电特性，若采用分时间段（竖直分）计算法，结果会比实际的配置偏大；若采用分功率段（水平分）计算法，结果会比实际的配置偏小。这里采用分功率段（水平分）计算法计算，然后再将结果进行修正。计算过程如下：