不間斷電源UPS的原理及優(yōu)化

王炬強(qiáng)

即不間斷電源，是將蓄電池（多為鉛酸免維護(hù)蓄電池）與主機(jī)相連接，通過主機(jī)逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備。主要用于給設(shè)備提供穩(wěn)定、不間斷的電力供應(yīng)。在軌道交通行業(yè)有著十分重要的應(yīng)用。例如地鐵屏蔽門系統(tǒng)，也需要安裝不間斷電源。

不間斷電源主要目的是為了在外部供電中斷時(shí)，仍能夠依靠蓄電池等儲(chǔ)電載體，給負(fù)載繼續(xù)輸出穩(wěn)定可靠的電源。例如廣州地鐵四號(hào)線屏蔽門控制系統(tǒng)就配置了一套UPS系統(tǒng)，在市政供電斷開的情況下，仍能輸出穩(wěn)定可靠的220V電源，使屏蔽門系統(tǒng)仍能繼續(xù)運(yùn)行。

UPS系統(tǒng)給設(shè)備運(yùn)行帶來了可靠的保障，但由于部分UPS系統(tǒng)是串聯(lián)接入到屏蔽門的供電系統(tǒng)中，也存在著由于UPS自身故障而引起中斷輸出的現(xiàn)象。若任何故障都會(huì)使UPS系統(tǒng)中斷輸出，則完全違背了“不間斷電源”的概念了。因此，一般UPS系統(tǒng)都設(shè)置有自動(dòng)旁路功能，即當(dāng)主要出現(xiàn)故障時(shí)，由旁路模塊將主外部電源直接供給負(fù)載。而部分UPS系統(tǒng)的旁路功能模塊集成在UPS主機(jī)內(nèi)，當(dāng)該模塊故障時(shí)，無法維修，嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)钫麢C(jī)電源輸出中斷。廣州地鐵四號(hào)線屏蔽門的UPS系統(tǒng)就多次遇到了上述這個(gè)問題，下面就是我們探討解決該問題的經(jīng)過及方法：

一、四號(hào)線控制UPS工作原理：

四號(hào)線（萬勝圍至金洲站）屏蔽門控制電源系統(tǒng)選用了普蘭特品牌的UPS，作用主要是將市電逆變穩(wěn)壓后輸出供給屏蔽門系統(tǒng)使用，并且能在市電中斷時(shí)作為備用電源使用，持續(xù)供給。

220V市電供給控制UPS主機(jī)（主機(jī)內(nèi)含3個(gè)模塊），同時(shí)供給充電機(jī)，充電機(jī)會(huì)給控制控制UPS外置電池組充電（浮充狀態(tài)），電池組又會(huì)連接到控制UPS主機(jī)，控制UPS主機(jī)的輸出端會(huì)供給屏蔽門、安全門的控制電路。詳見圖1：

該套系統(tǒng)在未經(jīng)優(yōu)化前，曾出現(xiàn)過以下四種情況：

1、外部市政供電正常，且UPS系統(tǒng)工作正常的情況下，220V市電會(huì)經(jīng)過控制UPS主機(jī)逆變穩(wěn)壓后輸出，供給負(fù)載屏蔽門控制系統(tǒng)。

2、外部市政供電中斷時(shí)，該套UPS系統(tǒng)會(huì)消耗其外置電池組、UPS模塊等所儲(chǔ)存的電量，繼續(xù)供電給屏蔽門，確保屏蔽門可維持一段時(shí)間的運(yùn)行。

3、當(dāng)外部市政供電正常，而控制UPS模塊發(fā)生故障，或主機(jī)發(fā)生一些小故障時(shí)，市電可經(jīng)過UPS系統(tǒng)主機(jī)的電子旁路裝置直接輸出到屏蔽門控制系統(tǒng)（無逆變），屏蔽門亦能繼續(xù)正常運(yùn)行。

4、當(dāng)外部市政供電正常，而控制UPS內(nèi)部旁路模塊故障，市電無法經(jīng)過UPS系統(tǒng)主機(jī)輸出到屏蔽門控制系統(tǒng)，屏蔽門設(shè)備無法繼續(xù)正常運(yùn)行。

上述四種狀態(tài)中，前三種均未影響屏蔽門設(shè)備正常運(yùn)行。第四種卻令負(fù)載完全失電，是用戶最不希望出現(xiàn)的狀態(tài)，特別是軌道交通行業(yè)，更不允許這種風(fēng)險(xiǎn)的存在，即使機(jī)率再低也不允許。

二、四號(hào)線控制UPS加裝旁路方案：

由于曾經(jīng)發(fā)生過整個(gè)控制UPS主機(jī)故障（死機(jī)），UPS主機(jī)的電子旁路功能失效，導(dǎo)致主機(jī)無輸出。為了不把UPS從系統(tǒng)中拆除（因?yàn)椴鸪?，就沒有后備電源了，影響更大。），同時(shí)把上述第四種情況出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)去除，我們就想到了加裝外部旁路。

于是根據(jù)四號(hào)線屏蔽門控制UPS存在的原理，提出了在主機(jī)外部加裝自動(dòng)旁路的技術(shù)改造方案（詳見圖2中藍(lán)色部分）。

外部旁路中，由KA繼電器負(fù)責(zé)檢測(cè)UPS主機(jī)是否有輸出，檢測(cè)無輸出時(shí)，接觸器KM1的線圈失電，接觸器KM2的線圈得電，兩個(gè)主接器切換，市電會(huì)經(jīng)由旁路直接輸出到負(fù)載，跳過整套控制UPS。

三、加裝旁路的效果

在改造過程中，我們發(fā)現(xiàn)上述方案的投入較小，只需要幾個(gè)繼電器以及電線就可以進(jìn)行改造了（詳見圖3）。且加裝后有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1、加裝旁路后，如果發(fā)生整個(gè)控制UPS主機(jī)故障，主機(jī)無輸出的情況。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)外部旁路，不影響屏蔽門的正常運(yùn)行。這為屏蔽門的運(yùn)行提供了保障，在軌道交通行業(yè)成為重要。

2、未加裝外部旁路時(shí)，更換UPS需要停用設(shè)備，對(duì)于地鐵屏蔽門來說，只能在非運(yùn)營(yíng)時(shí)間作業(yè)。加裝的外部旁路后，可以隨時(shí)進(jìn)行拆裝更換，令日常設(shè)備檢修更加方便有保障。