地鐵行業(yè)UPS供電系統(tǒng)解決方案

近年來城市軌道交通行業(yè)發(fā)展迅猛，國內(nèi)各大城市陸續(xù)建設(shè)城市地鐵，地鐵已經(jīng)是一些大中城型市不可缺少的交通工具，地鐵系統(tǒng)中通信系統(tǒng)是地鐵工程運營指揮、企業(yè)管理、服務(wù)乘客和傳遞各種信息的網(wǎng)絡(luò)平臺，系統(tǒng)應(yīng)具有先進性、開放性、可靠性、易擴充性、組網(wǎng)靈活性等特點，能傳遞語音、數(shù)據(jù)、圖像等各種信息的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信網(wǎng)。通信系統(tǒng)在正常情況下應(yīng)能保證列車安全高效運營，為乘客提供高質(zhì)量的出行服務(wù)，在異常情況下能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)楣┓罏那笤褪鹿侍幚淼闹笓]通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)的重要性決定了，通信系統(tǒng)供電設(shè)備的可靠性也就成了重中之重，由于市電電網(wǎng)中接有各種各樣的負載，對電網(wǎng)造成了干擾和污染，惡化了供電質(zhì)量，影響了負載設(shè)備的正常運行，導致服務(wù)器的數(shù)據(jù)丟失等問題的產(chǎn)生，給用戶造成了不可估計的損失。UPS供電系統(tǒng)的建設(shè)目的，是通過UPS供電系統(tǒng)給機房內(nèi)用電設(shè)備提供高質(zhì)量的、不間斷電源，來保證用電設(shè)備正常工作。UPS不間斷電源系統(tǒng)可以解決數(shù)據(jù)機房電源斷電、電壓尖峰、電壓浪涌、頻率漂移、諧波干擾、過欠壓、電壓波動及噪聲電壓等由市電電源質(zhì)量差對前端設(shè)備造成的危害。
?????一般地鐵工程通信系統(tǒng)由以下13個子系統(tǒng)組成：⑴傳輸系統(tǒng)、⑵專用無線通信系統(tǒng)、⑶公務(wù)電話系統(tǒng)、⑷專用電話系統(tǒng)、⑸廣播系統(tǒng)、⑹電視監(jiān)視系統(tǒng)、⑺時鐘系統(tǒng)、⑻旅客向?qū)到y(tǒng)、⑼綜合布線系統(tǒng)、⑽電源系統(tǒng)、⑾公用傳輸系統(tǒng)、⑿公用移動通信引入系統(tǒng)、⒀公安、消防無線引入系統(tǒng)

2地鐵工程電源子系統(tǒng)概述
?????為了保證通信設(shè)備在主電源中斷或波動情況下，通信各子系統(tǒng)仍能可靠地工作，地鐵通信系統(tǒng)中電源系統(tǒng)將承擔全線范圍內(nèi)所有控制中心、車站、車輛段通信設(shè)備的供電。因此對供系統(tǒng)要求要有極高的可靠性，要有連續(xù)不斷的、高效、安全、可靠的電力供應(yīng)以保證負載運行。
????地鐵工程電源子系統(tǒng)在控制中心、各車站、車輛段的通信設(shè)備室及電池室內(nèi)分別設(shè)置UPS電源設(shè)備，免維護電池。控制中心、各車站、車輛段均采用在線式UPS，UPS系統(tǒng)只提供交流220V電源，通信各子系統(tǒng)如采用其它方式電源，由通信各子系統(tǒng)自配的整流裝置產(chǎn)生。
控制中心、各車站、車輛段的通信設(shè)備室均設(shè)有電源監(jiān)控設(shè)備，控制中心、各車站、車輛段的通信機房的環(huán)境參數(shù)、電源供應(yīng)情況、電源設(shè)備的運行狀態(tài)及故障告警信息將通過傳輸系統(tǒng)送到控制中心統(tǒng)一監(jiān)測。
?????電源子系統(tǒng)需要的設(shè)備有UPS、蓄電池組、動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，交流配電屏、雙路電源切換屏、交流配電屏等設(shè)備組成。
在世界能源和經(jīng)濟危機突顯的今天，國家在積極的倡導企業(yè)節(jié)能減排，綠色，節(jié)能、環(huán)保這些以前人們不太重視的詞匯現(xiàn)在已經(jīng)深入人心，國內(nèi)也有很多城市的地鐵工程也將打造一條綠色的城市軌道交通系統(tǒng)為目標來建設(shè)。

3如何打造地鐵的綠色電源系統(tǒng)
?????地鐵電源系統(tǒng)一般包括UPS、蓄電池、動力環(huán)境集中監(jiān)控，防雷箱，雙路電源切換屏、輸入輸出配電屏等設(shè)備組成。
?????通信電源系統(tǒng)為不間斷電源系統(tǒng)，一般由強電引入兩路交流380V電源至雙路電源切換配電屏，按一級負荷供電給在線式UPS系統(tǒng)。
UPS系統(tǒng)提供交流380V電源至通信機房交流配電屏，交流配電屏分配各220V分路至通信機房設(shè)備，并提供380V支路至公用傳輸機房交流配電屏。
?????控制中心、各車站、車輛段的通信機房均設(shè)有監(jiān)控設(shè)備，將通信機房的環(huán)境參數(shù)、電源供應(yīng)情況、運行狀態(tài)及故障告警信息將通過傳輸系統(tǒng)送到控制中心統(tǒng)一監(jiān)控。
?????電源系統(tǒng)中最核心的設(shè)備就是UPS，可以稱做綠色的電源系統(tǒng)的主要因素也就是UPS，那么，UPS具備哪些功能才能稱得上是綠色呢？UPS又有哪些綠色的功能適合在地鐵電源系統(tǒng)中使用呢。
3.1寬廣輸入電壓范圍
????UPS的輸入電壓范圍代表了UPS適應(yīng)電網(wǎng)的能力，同時電壓范圍寬廣也有著降低用戶投資成本，節(jié)能環(huán)保的作用，用戶在對UPS供電系統(tǒng)的投資中，蓄電池往往占有很大的比例，例如地鐵電源系統(tǒng)大多為要求后備延時時間在2~4個小時，這樣在系統(tǒng)中就需要投入大量的蓄電池，UPS寬廣的輸入電壓范圍可以有效的減少電池的充放電次數(shù)，延長電池使用壽命，達到節(jié)能環(huán)保，節(jié)省投資的效果。特別是在電網(wǎng)波動較大的環(huán)境下，該功能發(fā)揮的作用越大。

3.2高整機效率
?????地鐵的用電量非常大，每年花在電上的費用是非常巨大的，另外，耗電量大也不能符合國家對企業(yè)節(jié)能減排的要求，所以在選用用電設(shè)備時，效率尤為重要，效率的高低是決定設(shè)備每年的耗電量有多少的最主要的一項參數(shù)，各UPS廠家也在苦心研究如何更高的提升UPS的整機效率以達到節(jié)能的效果，以80KVA的UPS為例，大多數(shù)設(shè)備的效率為92%左右，如果效率可以提升2%，一年可節(jié)省約11212度電,這還未算效率提升后設(shè)備無功損耗降低，減少發(fā)熱，空調(diào)節(jié)省的電。所以在地鐵電源系統(tǒng)在選用UPS?時，效率是非常重要的一項參數(shù)。
3.3高輸入功率因子、低輸入諧波電流
?????綠色的UPS一定要有高輸入功率因子，低諧波電流。高輸入功率因子，可以使UPS對市電的利用率提高，減小無功損耗，達到節(jié)能的效果。諧波電流低，可以減小UPS對電網(wǎng)的污染，達到環(huán)保的功能。同時，提高輸入功率因子及降低輸入電流諧波失真還可以減小UPS輸入端的線纜,保險,空開等容量,減少發(fā)電機匹配的容量,降低用戶的投資成本等等。早期投入使用的UPS電源都是采用硅整流形式，內(nèi)置輸出隔離變壓器，行業(yè)內(nèi)稱為工頻機，而工頻機的輸入功率因子較低，一般在0.75~0.85左右，諧波電流一般都在20%~30%左右，如果想改善這些參數(shù)就需要采取一些措失如下：
6脈沖+無源濾波器??????????PF>0.9,ITHD<10%.
12脈沖+無源濾波器?????????PF>0.95,ITHD<5%.
有源濾波器?????????????????PF>0.95,ITHD<5%.
混合濾波器?????????????????PF>0.99,ITHD<3%.
?????從上述可以看出增加不同的設(shè)備可以使輸入功率因子和諧波電流達到不同等級的效果，但增加濾波器這樣的設(shè)備同樣要要有大量的投資，要占用機房空間以及還要增加設(shè)備的自身耗電。由于提升這些參數(shù)需要增加大量的投資往往讓用戶望而卻步。
????那么，還有其它的解決UPS輸入功率因子和諧波電流的問題的方法嗎？當然，最好的解決方法就是選用采用高功率三相PFC架構(gòu)設(shè)計的UPS，這種UPS無須外加濾波器就可以使用輸入功率因子提升至≥0.99，諧波電流降至3%以下，當然這種架構(gòu)的UPS也會越來越受到廣大用戶的青睞。
3.4智能風扇變速功能
????UPS的散熱基本是靠風扇來完成，如果風扇出現(xiàn)故障或者轉(zhuǎn)速不夠，UPS的運行就會出現(xiàn)問題，大多廠商的UPS都全將風扇的轉(zhuǎn)速設(shè)置為快速，而UPS供電系統(tǒng)中，大多數(shù)的帶帶比例都在60%~70%,并機系統(tǒng)中帶載比例會更少，會在30%~40%左右，這樣，如果風扇如果長年都是全速運轉(zhuǎn)，不但會浪費很多電能，也會降低風扇的使用壽命。UPS具備智能風扇變速功能是指風扇具有多段轉(zhuǎn)速自動控制，UPS的控制系統(tǒng)可以根據(jù)負載的實際大小和環(huán)境溫度來控制風扇的轉(zhuǎn)速，來達到節(jié)能的效果，也能有效的延長風扇使用壽命。
3.5體積小、重量輕。
????地鐵的電源系統(tǒng)機房大多都在地鐵下，地鐵工程在土建施工時需要有大量的投入，在地下每多挖一平米的空間要投入非常高昂的投入，包括人力，物力，和能源都會有很大的消耗。因此，動力機房空間也非常有限，要更合理的來利用，所以在選用設(shè)備時在保證設(shè)備質(zhì)量的基礎(chǔ)上最好能選擇何積小、重量輕的設(shè)備，以便節(jié)省機房使用空間。
3.6?ECO模式運行
?????ECO模式又稱經(jīng)濟模式，UPS在正常運行時處于靜態(tài)旁路狀態(tài)，在市電波動超出可用范圍或市電斷電情況出現(xiàn)時，由蓄電池供電。
通過對機房電網(wǎng)進行評估,在電網(wǎng)情況較好的區(qū)域可采用ECO模式,采用此方式可使UPS的效率提高到97.5%,以400KVAUPS為例,
UPS?額定容量:400KVA(輸出功率因子:0.8)
整機效率:93%????
經(jīng)濟模式效率:97.5%
l????????若以80%負載使用經(jīng)濟模式,則可以減少12.7KW功率損耗
l????????一年可節(jié)省電費=12.7*365*24=111252KWH(約11.12萬度電)
另外,由于UPS效率的提高及發(fā)熱量的減少,亦可節(jié)省機房空調(diào)設(shè)備的用電量及電費。ECO模式目前國內(nèi)很少有使用，原因是工作時，市電直接供給負載使用，因此失去了UPS對負載的保護功能，另外市電由旁路切換至蓄電池供電時一般會有1~4ms的切換時間。所以在要求高可靠度的地鐵工程中，此項功能不會使用。
3.7?設(shè)備符合RoHs標準
要求UPS具有緑色環(huán)保功能，其本身也應(yīng)該符合綠色環(huán)保的要求，所以在選用UPS時，要看生產(chǎn)廠商是否通過了RoHs標準。
4臺達C系列UPS特色功能介紹
l????????高輸入功率因子(PF>0.99)，總諧波電流低(iTHD?<3%)，達到潔凈電力與節(jié)省能源的效益。
l????????可1+1并聯(lián)使用，無須外加并聯(lián)控制卡。達到擴充容量或是提升可靠度。
l????????模塊化設(shè)計，可依據(jù)現(xiàn)況建置并保留未來的擴充性，達到經(jīng)濟效益最大化。
l????????寬廣的輸入電源范圍，可減少電池放電機率，適用各種惡劣的電力環(huán)境。
l????????整流器有軟啟動設(shè)計，可使發(fā)電機供電得到平滑的電力轉(zhuǎn)移。
l????????使用高頻脈寬調(diào)變逆流器及IGBT組件，使?UPS?具有高性能特性。
l????????符合RoHs標準
l????????遠程(REPO)與近端(EPO)緊急斷電：可于緊急狀態(tài)下，以面板按鍵或遠程遙控開關(guān)，將輸出立即切斷，防止危險擴大。
l????????智慧風速控制
l????????標準配備有多種接口：兩組SNMP插槽、RS232、外部電池溫度和狀態(tài)接點輸出入接口，適用于各類型計算機通訊。
l????????利用微處理器技術(shù)執(zhí)行自我偵測和?LCD?訊息顯示，并可依實際的需求設(shè)定相關(guān)的參數(shù)。
l????????內(nèi)建SRAM可以儲存多達500筆數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，提供詳細的運轉(zhuǎn)狀態(tài)信息，作為管理分析使用。
l????????有手動維護和靜態(tài)兩種旁路開關(guān)回路，提供維護時的備用電源。
l????????雙重輔助電源，與雙重靜態(tài)旁路供給電路的控制回路，達到雙重保護、高可靠特性。
l????????逆流器(Inverter)自動回復：?
?????????UPS?的逆流器在低電池電壓關(guān)機后交流電源恢復時，可自動再啟動。
?????????當超載狀況消除，可由靜態(tài)旁路自動轉(zhuǎn)回逆流器輸出。
?????????當過溫狀況消除，可由靜態(tài)旁路自動轉(zhuǎn)回逆流器輸出。
l????????在長時間備用模式操作下，可將警告聲關(guān)閉，而指示燈仍然維持亮著。
l????????可另外增加外部電池組，以延長備用模式的運轉(zhuǎn)時間。
l????????當?UPS?在旁路模式操作下，可自動偵測旁路電壓，若輸入電壓超出限定范圍外，將關(guān)閉輸出以保護電氣設(shè)備。
5臺達UPS性能及技術(shù)特點說明
總述
全系列在線式臺達UPS都是真正雙變換在線式UPS，市電與電池供電為“零”秒不間斷電轉(zhuǎn)換，具有供電純凈、效率高、熱損耗小、噪音低、體積小、壽命長等特點。
l????????采用DSP數(shù)字控制技術(shù)
用戶只需要購買相應(yīng)的功率模塊，即可實現(xiàn)“N+X”的故障冗余及升級擴容。
任何一個模塊出現(xiàn)故障,都可自動脫離系統(tǒng),確保系統(tǒng)正常運行,臺達UPS的模塊化設(shè)計不僅模塊實現(xiàn)冗余,內(nèi)部的輔助電源,PCB板也實現(xiàn)冗余.真正實現(xiàn)各功能模塊獨立,損壞任何一功能模塊都互不干擾.大大提高系統(tǒng)的可靠度、可用性。
l????????模塊化設(shè)計,N+X冗余
用戶只需要購買相應(yīng)的功率模塊，即可實現(xiàn)“N+X”的故障冗余及升級擴容。
任何一個模塊出現(xiàn)故障,都可自動脫離系統(tǒng),確保系統(tǒng)正常運行,臺達UPS的模塊化設(shè)計不僅模塊實現(xiàn)冗余,內(nèi)部的輔助電源,PCB板也實現(xiàn)冗余.真正實現(xiàn)各功能模塊獨立,損壞任何一功能模塊都互不干擾.大大提高系統(tǒng)的可靠度、可用性.
l????????1+1并聯(lián)冗余,無須外加并聯(lián)卡：
臺達采用獨特的模塊化UPS并機技術(shù),無須外加并聯(lián)卡或并機柜,可使模塊化UPS實現(xiàn)驚人的160KVA總?cè)萘?模塊化并機與一般模塊化擴容是不一樣的,一般的模塊化UPS可安裝多個模塊,容量也較大,但主控制板、邏輯電路、靜態(tài)旁路都沒有備份,一旦這些出現(xiàn)問題,就會引起宕機.而采用并機則可以雙重冗余,實現(xiàn)真正的模塊、主控制板冗余，可靠性更高！
l????????高功率因子(>0.99),低輸入電流諧波(<3%)：
臺達C系列UPS采用專利的IGBT整流技術(shù),使UPS減少了對電網(wǎng)的諧波污染,成為”綠色電源”的典范.同時可以減小UPS輸入端的線纜,保險,空開等容量,減少發(fā)電機匹配的容量,降低用戶的投資成本.不須增加額外的濾波器,而增加UPS的損耗.
l????????先進的電池管理專家技術(shù)：
針對UPS系統(tǒng)的重要組成部分電池,需要倍加呵護與管理,確保市電中斷時能持續(xù)提供高質(zhì)量電源,C系列UPS采用先進的電池管理專家技術(shù),可使電池時時都在維護人員及UPS的智慧管理當中,電池管理的主要內(nèi)容為:
?????????具有均充/浮充自動轉(zhuǎn)換充電模式,均充模式可以消除各個電池單元端電壓的不平衡度,縮短電池的充電時間.消除長時間浮充引起的電池極板間的鈍化現(xiàn)象.
?????????具有電池定期排程在線安全測試功能,無須任何監(jiān)控軟件,在面板上即可操作完成.測試時整流器不關(guān)閉,負載沒有任何斷電風險.
?????????具有自動測試電池容量和實時電池后備時間顯示功能,讓用戶更精確掌控關(guān)閉哪些不重要負載.保護核心負載.
?????????可根據(jù)負載的大小來調(diào)整電池的低壓關(guān)機電壓.
?????????充電電流/電池安時數(shù)/更換電池時間等均可以在面板上調(diào)整.
l????????寬廣的輸入電壓：
輸入電壓的范圍（-25%~+20%），70%負載時輸入電壓的范圍達到（-30%~+35%），適應(yīng)供電環(huán)境惡劣的大部分地區(qū)使用，降低電池??的放電次數(shù)及損耗，延長電池使用壽命。
l????????輸出電壓穩(wěn)定度高：
輸出電壓靜態(tài)調(diào)整率小于1%，0~100%負載急變時輸出電壓動態(tài)調(diào)整率小于5%。100%不平衡負載下，相電壓差小于1%，電壓相位移小于2度。
l????????標準配置手動維護旁路開關(guān)（MBS）：?
降低平均修護時間（MTTR），維修效益最高。
l????????智慧風速控制
多段式冷卻風扇速度控制，改善系統(tǒng)可靠度、效率、噪音及提高風扇使用壽命。
l????????友善接口LCD智能顯示：
??大型LCD顯示畫面,提供用戶簡易方便的操作管理及維護指示,采用熟悉的菜單式管理,輕松學會操作.顯示畫面的主要內(nèi)容如下:
全中文LCD顯示畫面:?
l????????尺寸小，友善重量輕，散熱佳：
Power?Density功率密度表現(xiàn)為相同架構(gòu)UPS，體積尺寸最小，重量最輕。散熱以計算機仿真輔助分析及設(shè)計為最佳。
l????????符合RoHs標準
公司一直以節(jié)能、環(huán)保愛地球為主理念，在緑色引領(lǐng)世界的今日，通過全面導入無鉛制程，高度重視綠色環(huán)保，我司產(chǎn)品不僅完全符合歐盟RoHs環(huán)保要求，更有部分指標優(yōu)于歐盟標準。以下我列出的是臺達UPS的節(jié)能環(huán)保功能。
l????????新型節(jié)能降耗產(chǎn)品：
臺達C系列UPS將整機效率大幅提高至94%以上,且風扇可根據(jù)負載及溫度進行多段調(diào)速,輸入電流諧波小,減少線纜的損耗,減少輸入空開容量等,從細節(jié)能夠更好的滿足客戶的省電需求,同時響應(yīng)國家的節(jié)能降耗的號召。
l????????具有標配緊急停機(EPO)功能：
標準配置緊急關(guān)機按鈕,可遠程/近端控制UPS,一旦有緊急事故發(fā)生,可以立即切斷輸入,輸出,電池等開關(guān),使UPS完全孤立出來,可以減少事故(特別是電引起的火災)進一步擴大。

6總結(jié)

?????本文內(nèi)容針對于地鐵的通信系統(tǒng)內(nèi)的電源子系統(tǒng)，通信系統(tǒng)的電源子系統(tǒng)為地鐵工程中使用UPS數(shù)量最大的系統(tǒng)，同時還有其它系統(tǒng)也有UPS使用需求，在信號系統(tǒng)，AFC系統(tǒng)以及BAS系統(tǒng)及屏蔽門等系統(tǒng)中都有不同容量的UPS需求，不同城市的地鐵工程電源系統(tǒng)的應(yīng)用都有所差異，主要還是要看設(shè)計單位對整體系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計。
?????軌道交通的快速發(fā)展無疑緩解了城市交通的壓力了，促進了發(fā)展同時也代表了一個城市的形象。地鐵作為一個大規(guī)模的公共交通工具，對系統(tǒng)的安全性的要求也是非常的高，中達電通以為用戶打造一條穩(wěn)固的交直流供電系統(tǒng)為宗指，憑借多年為各行業(yè)提供一體化的動力整合方案，在電源行業(yè)為用戶從認知到合作再到信賴已經(jīng)走過16年的歷程，電源設(shè)備以質(zhì)量精良為用戶所接受。公司有多年為地鐵行業(yè)服務(wù)的經(jīng)驗，憑借動力整體整合方案和多項目綠色節(jié)能于一身的高質(zhì)量UPS電源，已經(jīng)為地鐵行業(yè)打造了多條堅固的供電系統(tǒng)，其中包括上海地鐵、北京地鐵、南京地鐵、杭州地鐵、沈陽地鐵、成都地鐵及廣州地鐵等多條線路，公司也會一如既往的不斷提升設(shè)備質(zhì)量，提升設(shè)備技術(shù)水準，使產(chǎn)品的技術(shù)走在世界前列，更好的服務(wù)于用戶