UPS供電系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用與維護(hù)

劉裕林

摘要：近年來(lái)，城市軌道交通發(fā)展迅猛，各機(jī)電系統(tǒng)是軌道交通運(yùn)營(yíng)指揮、企業(yè)管理、服務(wù)乘客和傳遞信息的平臺(tái)，保證列車(chē)安全高效運(yùn)營(yíng)，為乘客提供高質(zhì)量的服務(wù)。其中供電設(shè)備的可靠性就成了重中之重，市電電網(wǎng)中接有各種各樣負(fù)載，對(duì)電網(wǎng)造成干擾和污染，惡化供電質(zhì)量，影響負(fù)載的正常運(yùn)行。UPS供電系統(tǒng)的建設(shè)目的，是通過(guò)UPS供電系統(tǒng)給機(jī)電系統(tǒng)用電設(shè)備提供高質(zhì)量的、不間斷電源，來(lái)保證用電設(shè)備正常工作。文章主要分析了UPS供電系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用與維護(hù)，以供參考。

關(guān)鍵詞：UPS供電系統(tǒng);軌道交通;應(yīng)用;維護(hù)

引言：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(guò)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。

1不間斷電源概述

不間斷電源UPS大致分為以下四種：

1.1在線式（online）UPS電源

在線式UPS的特點(diǎn)是：無(wú)論電網(wǎng)交流電壓正常還是中斷，UPS的逆變器始終處于工作狀態(tài)，并向負(fù)載提供全部所需電能。

1.2后備式UPS電源

在電網(wǎng)供電電壓正常時(shí)，負(fù)載始終由電網(wǎng)直接供電。只有當(dāng)電網(wǎng)供電中斷或不正常時(shí)，才由UPS中的逆變器將蓄電池儲(chǔ)存的直流電逆變?yōu)榻涣麟娤蜇?fù)載供電。

1.3在線互動(dòng)式UPS電源

在線互動(dòng)式UPS電源也稱(chēng)準(zhǔn)在線UPS電源，其蓄電池充電由具有雙向逆變功能的逆變器工作在整流狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.4Delta變換式UPS電源

在Delta變換式UPS電源中，電網(wǎng)電壓經(jīng)串聯(lián)的補(bǔ)償電壓補(bǔ)償后再向負(fù)載供電，可向負(fù)載提供較高質(zhì)量的電源，補(bǔ)償電壓來(lái)自Delta變流器交流輸出端輸出變壓器的二次線圈。

2 冗余備份的供電方式

軌道交通各機(jī)電系統(tǒng)用UPS是以冗余備份方式工作的。從冗余配置方案看，有以下方式：主從型熱備份供電方式;直接并機(jī)冗余供電方式;雙總線冗余供電方式。

（1）主從熱備份供電方式：熱備份冗余方式為兩套UPS串聯(lián)切換。正常運(yùn)行時(shí)，只有主UPS給關(guān)鍵負(fù)載供電，而另一臺(tái)處于空載狀態(tài)，如果主UPS有故障不能運(yùn)行，它就切換到旁路，而備用UPS在過(guò)了大約2～8ms后自動(dòng)接替工作。這種結(jié)構(gòu)價(jià)格經(jīng)濟(jì)，但有許多單點(diǎn)故障。如果主UPS出了故障，另一臺(tái)必須接替全部負(fù)載，意味著在約8ms內(nèi)，另一臺(tái)必須把供電從0增加到100%，此方式缺陷在于備用UPS長(zhǎng)期處于空載狀態(tài)，其電池壽命會(huì)縮短、容量會(huì)下降，且備用UPS得具有階躍性負(fù)載承載能力，無(wú)擴(kuò)容能力。由于人們很難實(shí)時(shí)了解備用UPS各部分有無(wú)故障或隱患，當(dāng)要啟動(dòng)備用機(jī)時(shí)，可能就無(wú)法正常工作了。

（2）直接并機(jī)冗余供電方式：n+1型UPS冗余并機(jī)供電方案是在確保各臺(tái)UPS單機(jī)的輸出處于電壓幅度相同，輸出頻率和相位相同條件下，將n+1 臺(tái)具有相同輸出功率UPS單機(jī)的輸出端并聯(lián)起來(lái)，共同向具有n臺(tái)UPS單機(jī)輸出功率的負(fù)載供電。正常工作時(shí)，由n+1臺(tái)UPS平均分擔(dān)負(fù)載電流，當(dāng)某臺(tái)UPS出故障時(shí)，在并機(jī)控制信號(hào)調(diào)控下，在將故障UPS自動(dòng)脫機(jī)的同時(shí)，由剩下n臺(tái)UPS繼續(xù)供電。

（3）雙總線冗余供電方式：在UPS供電系統(tǒng)中，輸出端與負(fù)載間配有配電柜、斷路器等，若碰到檢修或產(chǎn)生故障等，上幾種配置形式將引起負(fù)載停電，即系統(tǒng)的故障率雖降低，但可維護(hù)性并沒(méi)徹底解決。因此，可采用雙總線冗余配置，此方案中分別設(shè)有UPS系統(tǒng)1和UPS系統(tǒng)2兩套系統(tǒng)。在軌道交通中，各機(jī)電系統(tǒng)采用雙總線冗余供電方式來(lái)增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，消除可能出現(xiàn)在UPS輸出端與最終地鐵用戶(hù)負(fù)載端之間的單點(diǎn)瓶頸故障隱患，提高輸出電源供電系統(tǒng)的容錯(cuò)功能。

3 UPS的實(shí)際應(yīng)用

在城市軌道交通機(jī)電系統(tǒng)中，UPS設(shè)備在車(chē)站、車(chē)輛段和控制中心都有應(yīng)用。通信系統(tǒng)在車(chē)站設(shè)2套，為專(zhuān)用系統(tǒng)UPS和公共設(shè)備UPS，在控制中心設(shè)1套為中央級(jí)設(shè)備供電，在車(chē)輛段設(shè)1套為培訓(xùn)維修及交換機(jī)等設(shè)備供電;車(chē)站信號(hào)系統(tǒng)采用較大容量UPS，控制中心和車(chē)輛段較小容量UPS;綜合監(jiān)控系統(tǒng)由設(shè)備監(jiān)控、防災(zāi)報(bào)警和電力監(jiān)控3個(gè)子系統(tǒng)組成，一般車(chē)站主控設(shè)備室設(shè)1套，控制中心設(shè)1套為綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備供電，設(shè)1套為大屏幕設(shè)備供電，在車(chē)輛段設(shè)1套;在車(chē)站設(shè)BAS、AFC、PIS的UPS設(shè)備，車(chē)輛段設(shè)置BAS的UPS設(shè)備;在車(chē)站屏蔽門(mén)控制室設(shè)1套UPS。

UPS供電有分散與集中供電兩種。在城市軌道交通供電系統(tǒng)中集中供電方式成為趨勢(shì)。集中供電整體成本比分散供電成本低，隨著UPS容量增加其單位容量成本是降低的;集中供電可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分散供電，大容量UPS的可靠性高于中小容量UPS;集中供電便于安裝維護(hù)與管理，分散供電需要安裝空間多，布線缺乏規(guī)劃等，集中供電系統(tǒng)可以通過(guò)后臺(tái)監(jiān)控軟件在一臺(tái)PC上對(duì)UPS統(tǒng)一監(jiān)控和管理，而分散供電達(dá)到相同效果投資更大。在深圳3號(hào)線已采用集中供電方式，很多在新設(shè)計(jì)的線路也在采用集中供電的方式。但屏蔽門(mén)系統(tǒng)有許多電機(jī)性負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)會(huì)有較大沖擊電流，對(duì)UPS逆變器產(chǎn)生沖擊，會(huì)產(chǎn)生過(guò)載或轉(zhuǎn)旁路，所以一般建議單獨(dú)供電。

UPS容量根據(jù)負(fù)載總?cè)萘看_定，一般可以按下列公式選擇：UPS容量≥負(fù)載容量/0.8，即負(fù)載容量為UPS額定容量的80%以下，選擇80%負(fù)載主要是考慮負(fù)載啟動(dòng)沖擊電流以及今后擴(kuò)容需要。在配置ups蓄電池時(shí)要注意，由于UPS通常采用大量電池組為備用電源，電池多、重量重，在設(shè)計(jì)房間要關(guān)心載荷的計(jì)算，用戶(hù)可根據(jù)所需的UPS容量計(jì)算出電池的型號(hào)和重量，在機(jī)房籌建裝修時(shí)與建設(shè)方或設(shè)計(jì)方提結(jié)構(gòu)承重加固事宜或采用零散架等，如果UPS容量很小就不必考慮了，安裝時(shí)必須要考慮到UPS系統(tǒng)安裝地板的承重，UPS電池柜最好裝在地面樓層或載重梁處。

4 UPS供電系統(tǒng)的維護(hù)

4.1 UPS主機(jī)的維護(hù)

UPS主機(jī)是整個(gè)UPS系統(tǒng)的心臟，為了提高UPS系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性、供電可靠性，對(duì)UPS電源主機(jī)功能維護(hù)尤為重要：

（1）經(jīng)常檢查各種自動(dòng)告警和自動(dòng)保護(hù)功能均應(yīng)正常;經(jīng)常檢查設(shè)備工作和故障指示是否正常。

（2）定期進(jìn)行UPS系統(tǒng)各項(xiàng)功能測(cè)試，檢查其逆變器、整流器的啟停、UPS與市電的切換等是否工作正常。

（3）定期查看UPS主機(jī)內(nèi)部的元器件的外觀是否正常，發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象應(yīng)查明原因及時(shí)處理。

（4）定期檢查UPS各主要模塊和風(fēng)扇電機(jī)的運(yùn)行溫度有無(wú)異常，經(jīng)常保持機(jī)器清潔，定期清潔散熱風(fēng)口、風(fēng)扇及濾網(wǎng)。

（5）定期檢查主機(jī)、蓄電池組、配電部分引線及接線端子的接觸情況，檢查饋電母線、電纜及軟接頭等各連接部位的連接是否可靠，并測(cè)量其壓降和溫升是否符合要求。

4.2 UPS蓄電池的維護(hù)

（1）經(jīng)常檢查蓄電池的清潔、單體電池兩端的電壓、電池溫度;電池之間連接處有無(wú)松動(dòng)、腐蝕現(xiàn)象、壓降是否符合要求;電池外殼是否完好、有無(wú)外殼變形和滲漏;極柱、安全閥周?chē)欠裼兴犰F溢出。

（2）UPS系統(tǒng)使用的閥控式密封蓄電池，在市電供電質(zhì)量高、很少發(fā)生停電的使用環(huán)境中，蓄電池長(zhǎng)期處于浮充電狀態(tài)，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)造成電池化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的活性降低，加速老化而縮短使用壽命。因此，UPS蓄電池應(yīng)適度做一些核對(duì)性放電試驗(yàn)，放電時(shí)間可根據(jù)蓄電池的容量和負(fù)載大小確定，一般放出額定容量的30%～40%;對(duì)于單體2V的電池，每三年做一次容量試驗(yàn);使用六年后，應(yīng)每年做一次容量試驗(yàn);對(duì)于單體6V及12V的電池，應(yīng)每年做一次容量試驗(yàn)。一次全負(fù)荷放電完畢后，按規(guī)定再充電8小時(shí)以上。

（3）蓄電池自檢參數(shù)應(yīng)每季度記錄一遍，如有UPS系統(tǒng)可提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)，可作為核對(duì)性放電試驗(yàn)參數(shù)，以此作為電池狀態(tài)的定性參考依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，城市軌道交通工程是百年工程、民生工程，合理采用UPS的結(jié)構(gòu)與供電方式將對(duì)軌道交通機(jī)電系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生較大影響。

參考文獻(xiàn)：

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