廣州地鐵三號(hào)線屏蔽門(mén)控制UPS系統(tǒng)加裝自動(dòng)旁路功能整改

一、系統(tǒng)簡(jiǎn)介

UPS系統(tǒng)，即為不間斷電源系統(tǒng)，是一種含有儲(chǔ)能裝置、以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。三號(hào)線二期工程加裝后每站有3個(gè)控制UPS功率模塊（體育西路站6個(gè)），共18個(gè)站，57個(gè)控制UPS功率模塊。但自加裝工程完成以來(lái)，控制UPS系統(tǒng)故障頻發(fā)。

圖1" 三號(hào)線屏蔽門(mén)控制UPS系統(tǒng)主機(jī)及其功率模塊

三號(hào)線屏蔽門(mén)控制UPS系統(tǒng)使用馬來(lái)西亞PK的US9001系列UPS模塊，采用模塊化N+1的冗余備份功能。系統(tǒng)中的所有模塊均是并聯(lián)工作的，負(fù)載平均分配在每個(gè)模塊上，每個(gè)模塊擁有自己的一組元器件并獨(dú)立工作，每組元器件只需承擔(dān)整個(gè)負(fù)載容量的一部分，如果其中一個(gè)器件出現(xiàn)故障，也只影響這個(gè)模塊，而系統(tǒng)中的其它模塊將繼續(xù)工作。一旦其中一個(gè)模塊故障或被移走，剩下的模塊將繼續(xù)工作并立即自動(dòng)地平均分擔(dān)負(fù)載。各個(gè)模塊通過(guò)通訊板相連。每個(gè)模塊有3塊7AH、12V的蓄電池提供內(nèi)部電源，電池組裝入模塊內(nèi)部里。

為保證UPS不間斷供電，控制UPS系統(tǒng)能夠進(jìn)行在線式維修，并且在維修過(guò)程中不會(huì)對(duì)屏蔽門(mén)系統(tǒng)的正常運(yùn)作做出影響。為此，控制UPS系統(tǒng)具有旁路功能，設(shè)置內(nèi)置式自動(dòng)旁路及內(nèi)置式維修旁路開(kāi)關(guān)。

整個(gè)控制UPS主機(jī)與一組共50個(gè)8.5AH、12V的蓄電池連接，當(dāng)市電失電或電壓波動(dòng)超UPS限定范圍時(shí)，轉(zhuǎn)由電池組供電，直到市電恢復(fù)正常。電池組耗完容量后會(huì)自動(dòng)跳到市電回路供電。

二、工作原理

三號(hào)線屏蔽門(mén)UPS系統(tǒng)工作原理如下：當(dāng)市電正常供電時(shí)，市電通過(guò)變壓后向控制UPS系統(tǒng)供電，經(jīng)UPS系統(tǒng)整流穩(wěn)壓后，向上、下行屏蔽門(mén)控制回路電源模塊供電，而上、下行屏蔽門(mén)控制回路電源模塊分別給上、下行110V直流電源模塊、MMS監(jiān)控主機(jī)供電。而110V直流電源模塊再分別向下面4組控制回路（屏蔽門(mén)自動(dòng)模式、安全回路、PSL模式、IBP指令回路）供電。

圖2" 三號(hào)線屏蔽門(mén)控制UPS系統(tǒng)原理圖

市電向UPS系統(tǒng)供電的同時(shí)，還通過(guò)充電機(jī)向與控制UPS主機(jī)連接的蓄電池組充電。系統(tǒng)具有對(duì)蓄電池限流充電、過(guò)放電保護(hù)等功能。當(dāng)市電失電或電壓波動(dòng)超UPS限定范圍時(shí)，轉(zhuǎn)由電池組供電，直到市電恢復(fù)正常。

三、存在問(wèn)題

雖然三號(hào)線屏蔽門(mén)控制UPS系統(tǒng)具有整流穩(wěn)壓、不間斷供電等優(yōu)點(diǎn)，但仍存在一定問(wèn)題。僅今年以來(lái)，三號(hào)線共發(fā)生3起因控制UPS系統(tǒng)故障導(dǎo)致屏蔽門(mén)出現(xiàn)無(wú)法聯(lián)動(dòng)列車(chē)開(kāi)關(guān)門(mén)的故障，嚴(yán)重影響日常運(yùn)營(yíng)。

①控制UPS系統(tǒng)內(nèi)置自動(dòng)旁路功能，可以在UPS模塊故障時(shí)自動(dòng)切換至旁路，由市電或蓄電池組向系統(tǒng)供電。但當(dāng)控制UPS主機(jī)故障時(shí)，由于旁路功能內(nèi)置于主機(jī)內(nèi)，主機(jī)故障死機(jī)時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法切換至旁路功能，使得屏蔽門(mén)控制回路市電，造成故障影響進(jìn)一步加劇。

②當(dāng)市電電壓不穩(wěn)時(shí)，容易導(dǎo)致控制UPS系統(tǒng)的輸入總開(kāi)關(guān)誤跳閘，此時(shí)雖然可切換至蓄電池供電，且恢復(fù)簡(jiǎn)單，影響不大，但當(dāng)蓄電池電能耗盡，或者同時(shí)多站誤跳閘或一段時(shí)間內(nèi)數(shù)次誤跳閘，將對(duì)屏蔽門(mén)系統(tǒng)正常運(yùn)作帶來(lái)嚴(yán)重隱患，同時(shí)亦給維修人員帶來(lái)極大的工作壓力。

由于控制UPS系統(tǒng)是屏蔽門(mén)系統(tǒng)的重要組成部分，UPS系統(tǒng)出現(xiàn)故障將直接影響屏蔽門(mén)正常運(yùn)作，我部經(jīng)過(guò)對(duì)上述問(wèn)題的討論分析，研究了整改方案。

四、改進(jìn)方案

由于三號(hào)線現(xiàn)有的控制UPS系統(tǒng)自帶的旁路裝置無(wú)法在系統(tǒng)完全死機(jī)的情況下轉(zhuǎn)至市電輸入，無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)所需。針對(duì)上述三號(hào)線屏蔽門(mén)控制UPS系統(tǒng)存在問(wèn)題，我部對(duì)其系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了在控制UPS系統(tǒng)完全死機(jī)或無(wú)法輸出的情況下轉(zhuǎn)至市電輸入的自動(dòng)旁路系統(tǒng)。如下圖所示：

圖3" 三號(hào)線屏蔽門(mén)控制UPS系統(tǒng)加裝自動(dòng)旁路裝置原理圖

該裝置能在控制UPS系統(tǒng)死機(jī)無(wú)輸出的情況下，自動(dòng)轉(zhuǎn)為市電供電?？刂芔PS系統(tǒng)正常情況下，KA和KM1繼電器得電，KM2失電，KM1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，KM2常開(kāi)觸點(diǎn)打開(kāi)，屏蔽門(mén)控制回路由控制UPS系統(tǒng)供電;當(dāng)控制UPS系統(tǒng)故障導(dǎo)致無(wú)輸出時(shí)，KA和KM1繼電器失電，此時(shí)KM2得電，KM1常開(kāi)觸點(diǎn)打開(kāi)，KM2常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，屏蔽門(mén)控制回路轉(zhuǎn)為市電直接供電?，F(xiàn)場(chǎng)安裝效果如下：

圖4" 市橋站加裝后的屏蔽門(mén)控制UPS系統(tǒng)自動(dòng)旁路裝置

該裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①自動(dòng)旁路功能主要由接觸器實(shí)現(xiàn)，切換時(shí)間短，當(dāng)控制UPS系統(tǒng)故障時(shí)能快速切換至旁路，由市電輸入，保證屏蔽門(mén)系統(tǒng)穩(wěn)定供電。

②自動(dòng)旁路裝置使用材料簡(jiǎn)單，成本較低，安裝簡(jiǎn)單。整個(gè)裝置與原系統(tǒng)僅有6點(diǎn)相連，可在白天完成裝置接線，待晚上運(yùn)營(yíng)結(jié)束后在控制UPS系統(tǒng)上接線安裝，安裝需時(shí)短，不影響翌日運(yùn)營(yíng)。

③自動(dòng)旁路裝置工作原理簡(jiǎn)單，方便理解，可通過(guò)觀察KA接觸器是否亮燈即可判斷控制UPS系統(tǒng)是否旁路至市電輸入，方便日常檢修。

不足之處及改進(jìn)措施：

雖通過(guò)上述方案，使控制UPS系統(tǒng)故障得以控制，并大大減少控制UPS系統(tǒng)故障對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響，但由于加裝的自動(dòng)旁路裝置采用的接觸點(diǎn)及硬線連接的結(jié)構(gòu)，切換時(shí)間較長(zhǎng)（gt;100ms），使得屏蔽門(mén)系統(tǒng)控制回路供電會(huì)有一瞬間中斷。存在引發(fā)下級(jí)控制回路故障的可能性。

目前我部正與UPS電源廠家協(xié)商，探討三號(hào)線屏蔽門(mén)UPS系統(tǒng)改造的可能性，其中討論了將UPS系統(tǒng)自動(dòng)旁路裝置改為STS靜態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，所有切換都是快速的完成（lt;8ms），主備電源之間不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，保證屏蔽門(mén)控制系統(tǒng)電源穩(wěn)定輸入。

五、總結(jié)

針對(duì)三號(hào)線屏蔽門(mén)控制UPS系統(tǒng)旁路功能問(wèn)題，我部設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)旁路功能裝置，使得在控制UPS系統(tǒng)故障無(wú)輸出的情況下，自動(dòng)切換至市電輸入，保證了三號(hào)線屏蔽門(mén)控制系統(tǒng)電源的穩(wěn)定輸入。