UPS系统在城市轨道交通中的应用
作者 发表日期：2021-07-01 13:24:32 浏览次数：城市轨道交通工程中通信系统、信号系统、综合监控系统(含变电所自动化系统、环境与设备监控系统)、火灾自动报警系统、门禁系统、自动售检票系统、乘客信息系统、办公自动化系统和站台门系统等,其系统通常由计算机、网络设备及自动化控制设备组成。 这些系统承担着轨道交通的运营指挥、电力调度、设备监控、环境监控、信息传递和乘客导引等功能,是轨道交通安全运营的基础保障设施。为保证各系统正常、稳定、连续运行,各系统设置了UPS系统为其提供电源,确保其电源的可靠性和电源质量。
轨道交通工程建设中,各专业系统UPS电源系统采用独立配置、整合设置及两者相结合的设置方式。
各专业系统UPS独立配置各专业系统分别配置独立的UPS系统,为各系统提供独立的电源,各系统分散布置,相互独立,风险分散。 各专业系统目前存在如下问题: ①所选UPS容量小,抗冲击能力小; ②蓄电池资源不能共享; ③分散、数量多,品牌众多,故障率高,维护困难; ④分散的电源室占用较大的建筑面积。 各专业系统UPS整合设置 随着电力电子设备制造工艺和应用技术的发展,大容量电源系统和先进控制技术在通信和电力系统中成熟使用,轨道交通工程中也开始考虑和采用大容量的UPS集中电源系统。具有如下优点: ①集中配置,减少UPS设备的数量,提高设备可靠性; ②统一UPS设备的型号,便于设备的集中采购; ③有利于统一对UPS进行监控、维护保养; ④减少UPS设备用房的面积。 轨道交通UPS电源整合是技术发展方向,但整合设置会带来风险集中的问题。因此哪些专业系统整合需要UPS?UPS又将如何整合?这是我们需要研究的问题。
根据城市轨道交通运营特点,轨道交通各专业系统UPS整合系统应遵循以下原则:
UPS整合系统应保证为各用电系统提供安全、可靠的电源。 UPS整合系统为一级负荷,由变电所交流400V双电源双回路供电。 3 UPS整合系统应具备稳压以及净化电源功能,相关技术指标应满足现行国家电能质量规范要求。 UPS整合系统应满足所有被电源整合的各系统对回路数量、后备时间、负载性质、运行模式、切换时间等技术要求,并根据需求统一计算和选择UPS以及蓄电池容量。 UPS整合系统应考虑监控要求,包括过压保护、接地、对环境温度等要求。UPS系统的监控信息应接入综合监控系统。 6 UPS整个系统应实现UPS设备的统一维护。 换乘站原则上不同线路应分别设置UPS整合系统。
车站电源 ①系统整合范围:专用通信系统、综合监控系统、办公自动化系统、环境与设备监控系统、门禁系统、乘客信息系统、自动售检票系统。见图1。 ②不整合范围:商用通信系统、公安、政务通信系统、站台门系统、信号系统、变电所操作电源、应急照明电源、火灾报警系统。 未列入整合系统相关因素分析 站台门系统:驱动电源一般采用DC110V直流电源供电,驱动设备负载主要分布在站台上,且站台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UPS整合系统供电,会明显影响电压稳定,降低电源质量。 FAS系统:一是就地设备A端防火阀电源箱、B端防火阀电源箱、FAS主控制器均需要DC24V,就地需设置DC24V蓄电池。二是由于涉及消防的设备及线缆应具有一定耐火等级要求,消防系统产品技术要求应受公安部消防认证监督,并应接受安装现场消防验收。 变电所操作电源:一是变电所操作电源采用DC220V直流电源供电。二是整合UPS由变电所400V供电,变电所操作电源于UPS投入运行,方可使供电系统设备具备发电条件。从工期先后顺序方面考虑,变电所操作电源不宜纳入整合。 变电所自动化系统:变电所自动化系统与供电系统同步投入运行,以实现供电系统监控。变电所自动化系统设置在变电所控制室内,为避免迂回供电,建议由变电所操作电源屏供电。 应急照明:应急照明主要是电感性负载,功率因数低,且其负载分布在整个车站范围内,点多面广,不宜纳入电源整合范围。 商用通信、公安、政务通信:由于使用目的与专用通信完全不同,维护管理部门也不同,且与专用通信的建设运营不同期。 信号系统:一是信号系统的安全等级要求高于电源整合系统的安全等级。二是GB50157-2003《地铁设计规范》 16.8.2条:“信号设备可由专用电源屏供电,宜选用不间断电源(UPS)设备”。 控制中心/备用中心电源 ①系统整合范围:专用通信系统(不含高频开关电源)、综合监控系统、办公自动化系统、门禁系统、乘客信息系统、自动售检票系统、火灾报警系统、信号系统。见图2。 ②不整合范围:以上各系统在调度大厅内的设备(含大屏幕设备),相关设备由路网指挥中心所设置的大厅专用UPS提供电源。
UPS整合系统主要包括进线配电柜(1套)、UPS装置(2套)、蓄电池(2套)、稳压器(1套)、智能馈线配电柜(2套)。
进线配电柜 系统设置一套进线配电柜,由变电所400V引入两路电源。柜内设两套双进线切换装置,分别为一套UPS装置供电。并配有信号监测装置。 UPS装置 采用工业级、双变换、纯在线一体化UPS,并机1+1冗余系统。在变电所400V的两路电源中断时,UPS应向负载无间断地提供电源。 蓄电池 系统设置两套蓄电池装置,每套UPS装置配置一套蓄电池。 旁路稳压装置 静态旁路需要设置稳压器,在静态旁路投入运行时,仍能提供稳定电源,满足系统要求。 智能馈线配电柜 智能馈线配电柜向各系统提供两路AC380/220V不间断电源。
柜内设置PLC等控制模块,通过逻辑编程控制馈出回路的供电时间。当由变电所400V来的两路交流进线电源全断开时,UPS转为由蓄电池供电,此时PLC开始计时,分别按照各系统的不同后备时间要求,执行负载的定时切除。
UPS工作原理如图2所示。
其整合系统运行方式如下:
正常运行方式 变电所400V为UPS整合系统提供两路电源。系统正常时,变电所的400V母线分别给两套UPS装置提供主备电源。两台UPS装置并机运行,各分担50%负荷;并机系统指定追踪系统旁路电源。UPS将变电所400V电源提供给各个系统供电,同时给蓄电池组充电。 一路400V电源停电 当一路400V电源停电时,进线柜内双电源切换装置切换到另一路400V电源,维持为UPS整合系统提供电源。 两路400V电源均停电 当两路400V电源均停电时,UPS整合系统将蓄电池电源逆变,给各个系统供电。 一台UPS装置故障 ①当发生一台UPS逆变部分故障，另外一台UPS装置正常时，则故障UPS装置退出运行，另一台UPS装置承担系统全部负荷，如过载则自动切换到静态旁路。静态旁路切换时间应满足负载对于电源切换时间的要求。 ②当发生一台UPS整流部分故障,另外一台UPS装置正常时,则故障UPS装置先经蓄电池放电,给系统负载供电与另一套UPS装置均担负载,蓄电池放电结束后,该故障UPS装置退出运行,由另一台UPS装置承担系统全部负荷,如过载则自动切换到静态旁路。静态旁路切换时间应满足负载对于电源切换时间的要求。 两台UPS均故障时 ①当两台UPS逆变部分均故障时,转换到静态旁路,维持供电。静态旁路切换时间应满足负载对于电源切换时间的要求。 ②当UPS整流部分故障,则蓄电池放电,放电结束后,转换到静态旁路。静态旁路切换时间应满足负载对于电源切换时间的要求。 ③当一台UPS逆变部分故障、另一台整流故障时,转换到静态旁路。静态旁路切换时间应满足负载对于电源切换时间的要求。 两路进线均断电,且一台UPS故障 ①两路进线均断电,且一台UPS整流部分故障,另一台UPS装置正常时,UPS装置对蓄电池电源进行逆变,给各个系统供电。 ②两路进线均断电,且一台UPS逆变部分故障退出运行,另一台UPS装置正常时,正常UPS装置对蓄电池电源进行逆变,给各个系统供电。供电容量满足50%要求。 智能馈线配电柜的馈出开关故障 系统正常运行时,两套智能配电柜分别馈出一路电源给各系统。当一路馈出开关故障时,退出相应的开关设备,进行检修,另一路维持运行,给相应系统供电。 蓄电池维护或故障 当系统需要进行蓄电池维护或蓄电池故障时,退出需要维护的蓄电池组或故障蓄电池组,进行维护或检修;此时,一套UPS无蓄电池工作,另一套UPS正常工作。 UPS装置维护 需要对UPS装置维护时,退出该UPS装置上口的开关,以及出口开关,蓄电池开关,使UPS装置彻底无电,进行维护。另一套UPS装置正常工作,给各系统提供电源。 智能馈线配电柜维护 需要对智能馈线配电柜进行维护时,退出需要维护的馈线柜的相应UPS装置总开关、母线联络开关以及馈线开关,使柜体内无电,进行维护。另一套智能馈线配电柜正常工作,给各系统提供电源。 进线配电柜维护 需要对进线配电柜进行维护时,退出对应的变电所400V开关以及进线柜内的相应UPS装置进线开关,进行维护。UPS整合系统将蓄电池电源逆变,给各个系统供电。 UPS智能控制单元故障 ①一套UPS智能控制单元故障,该UPS装置退出运行,由另一台UPS装置承担系统全部负荷。 ②两套UPS控制装置均故障,此两台UPS装置均退出运行,系统自动转换到静态旁路,承担系统全部负荷。静态旁路切换时间应满足负载对于电源切换时间的要求。
UPS应安装在凉爽、干燥、清洁、通风良好的环境中,周围环境指标应在规定的指标范围之内。环境温度是影响电池容量及寿命的主要因素。
电池的标准工作温度为20度,高于20度的环境温度,将缩短电池的寿命,低于20度将降低电池的容量。通常情况下,电池允许的环境温度为15-25度之间,电池所在的环境温度应保持恒定,远离热源及通风口。
巡视检查:监测显示装置中各参数显示、蓄电池温度是否正常等。 清扫维护:外观及接线检查等。 蓄电池性能测试:均衡充放电、核对性充放电功能;蓄电池均、浮充模式转换等。 主回路、旁路转换测试:主回路及旁路切换工作模式转换功能是否正常。 逆变器工作模式转换测试:进行正常工作模式、电池工作模式、维修工作模式的转换,检验输出是否正常等。
