台达UPS地铁弱电系统解决方案

1、台达UPS地铁弱电系统解决方案应用摘要 地铁弱电系统应用在地铁的车站、车辆段、停车场、控制中心等场所，包括通 信、信号、综合监控（电力监控PSCADA环境与设备监控BAS火灾自动报警 FAS门禁ACS）自动售检票系统AFC乘客信息系统PIS、屏蔽门、变电所直流 操作 应急照明等部分，系统一般由计算机 网络设备及自动化控制设备组成，用 电为一级负荷，因此需要高可靠性的后备电源进行不间断供电，以保证供电质量和 供电连续性。屏蔽门驱动电机、变电所直流操作以及部分通信设备分别用到DC110V DC220V和DC-48V电源，一般由专门的直流电源独立供电。应急照明一般 为交流感应式的负载，分布在整个车站

2、范围内，点多面广，多采用EPS供电。剩余的通信、信号、电力监控、环境与设备监控、门禁、火灾报警、自动售检票、乘客 信息、屏蔽门网络控制等系统均为计算机和网络设备等容性负载，需要AC380/220V电源，最适合采用UPS系统进行供电。由于地铁运营环境及其设备的 特殊性，一般要求提供电源的 UPS系统满足下列要求：1.可靠性强，能适应地下运 行环境，以确保车站各弱电系统设备全天候、稳定、可靠地运行 ; 2. 绿色环保，避 免污染电力环境及自然环境 ; 3. 安全性高，保护全面，不易造成人为设备故障，不 会威胁人身安全 ; 4. 便于近、远端管理，有标准的通讯接口及开放的通讯协议 ; 5. 尽量采用

3、集中式供电，综合利用各种资源。目前，轨道交通 UPS电源整合是一个发 展趋势，全国各地地铁新建线路都在进行 UPS整合工作，因为这样更有利于资源的 综合利用，更有利于设备的专业化维护与管理，同时也有利于节省机房使用面积。应用领域交通地铁万案内容根据地铁应用环境对UPS系统的具体要求，我们选用由台达 NT系列 UPS(12P)中达电通DCF126系列蓄电池和中达电通智能配电柜组成的双电源输 入、双母线架构、共享电池组、负载分时供电的集中供电组合方案。该方案的系统示意图如下：系统中的两台UPS容量相等，互为备份，彼此通过两根相互冗余的通讯线相连，使它们的相位始终同步，确保后面的 STS切换顺畅。该

4、系统有下列特性符合地铁应用环境的需求：1. 可靠性强，适应地下运行环境。如:UPS耐温、湿度范围宽，抗外界干扰能力强，输入电源的电压和频率范围宽，输出电力品质高，全桥逆变加隔离变压器对负载适应性强，内部重要线路冗余备份，容错能力强，单机MTBF高达30万小时等。而双母线架构对负载又有了双重保障。2. UPS低谐波，高效率，低辐射，低噪音等特性体现了绿色环保、对电力环境 及自然环境污染少的特性。3. UPS符合CE TUV IEC等安全标准，具有过温、过载、短路、误操作、电池 漏夜等保护功能，并且有近、远端的紧急关机功能，安全可靠，不易造成人为设备 故障和人身安全威胁。4. UPS配备大型中/英

5、文图形化LCD显示，以及RS232 RS485 20选6的智能干接点以及供选购的SNMP MODBUS等，并有开放的通讯协议提供，便于近、远 端监控管理。对于本方案可将 UPS监控纳入综合监控系统（ISCS），与综合监控系统 FEP接口，实现对电源的统一监控管理。5. 本方案在每个站点配置一台大功率的 UPS集中供电，可使负载综合利用电力 资源。同时，共享电池组和分时供电的方式也是综合利用资源的一个具体体现。技术路线UPS容量选择由UPS集中供电的负载情况表可知，车站、车辆段、停车场和控制中心的负载量依次为：126KVA 103KVA 74KVA和126KVA这些负载都是电脑性的，输入功率 因

6、数一般为0.7，小于UPS的输出功率因数0.8，选择UPS容量时应当按VA值来计 算。为了确保UPS长期安全可靠地运行，负载量一般设定在 UPS额定容量的 60%,80%。所以车站、车辆段、停车场和控制中心应分别配置160KVA、160KVA、100KVA和160KVA勺UPS它们的负载量最大能达到单台 UPS的 78% 64% 74唏口 78%，符合系统可靠性的要求。电池配置计算本方案采用UPS共享电池组方案，并且市电停掉后要分时供电给负载。以车站 为例：有40KVA的负载后备2小时，46KVA的负载后备1小时，40KVA的负载后备 0.5 小时。基于电池的放电特性，若采用分时间段 (竖直分

7、)计算法，结果会比实际的配置 偏大;若采用分功率段 (水平分)计算法，结果会比实际的配置偏小。这里采用分功 率段(水平分)计算法计算，然后再将结果进行修正。计算过程如下 ：P(W) 电池提供总功率 P(VA) 负载标称容量 (VA)Pf负载输入功率因数 n UPS逆变转换效率Pnc每只电池需要提供的功率n UPS配置的电池数量N 单颗电池的 cell 数P(W)=P(VA)x Pf/ nPnc=P(W)/(n x N)1.40KVA 2 小时：P(VA)=40KVA负载输入功率因数 Pf ?0.7逆变器效率n =0.95 n = 29N = 6P(W)=P(VA)xPf/ n= 40000 x

8、0.7/0.95=29473.68(W)Pnc=P(W)/(nxN)=29473.68 /(29 x6)= 169.39(W)根据中达电通电池的恒功率放电特性表可得出2小时放电时间，1.75V截止电压下，DCF126-12/100型号的电池能提供68.4W的功率，169.39/68.4=2.48组.2.46KVA 1 小时:P(VA)=46KVA负载输入功率因数Pf ?0.7逆变器效率n =0.95 n = 29N = 6P(W)=P(VA) x Pf/ n=46000 x 0.7/0.95=33894.74(W)Pnc=P(W)/(nxN)=33894.74 /(29 x6)= 194.80

9、(W)根据中达电通电池的恒功率放电特性表可得出1小时放电时间，1.75V截止电压下，DCF126-12/100型号的电池能提供 112.2W的功率，194.80/112.2=1.74组.3.40KVA 0.5 小时:P(VA)=40KVA负载输入功率因数 Pf ?0.7逆变器效率n =0.95 n = 29N = 6P(W)=P(VA)xPf/ n= 40000 x0.7/0.95=29473.68(W)Pnc=P(W)/(nxN)=29473.68 /(29 X 6)= 169.39(W)根据中达电通电池的恒功率放电特性表可得出 0.5 小时放电时间， 1.75V 截止电压下，DCF126-

10、12/100型号的电池能提供181.3W的功率，169.39/181.3=0.93 组.2.48+1.74+0.93=5.15( 组)由于这种计算方法得出的结果会比实际的配置略有偏小，所以取 6组应当足以 满足负载的后备时间需求。同样可以计算出车辆段 UPS系统需配置中达电通DCF126 12/100型号的电池4 组；停车场UPS系统需配置中达电通 DCF126 12/100型号的电池3组;控制中心UPS 系统需配置中达电通 DCF126 12/100型号的电池 6组;供电运行方式与逻辑关系 结合方案的系统示意图可以了解系统的供电运行方式与逻辑关系。1. 正常供电运行方式两路主电源为两台UPS

11、供电，主电源1接UPS1的主输入，主电源2接UPS2的 主输入，两台UPS的旁路同时接到主电源1或者主电源2上(不同的站点可以不 同)。两台UPS同时输出到各个负荷侧的STS开关，通过设置STS开关状态，实现大约各带一半负载。这样能确保两路电源上的负载量基本均分，当两台UPS都运行于旁路状态时，相位仍然同步，STS转换不受影响。UPS1和UPS2同时为电池组充电，充电电流各占 50%为了日后维修和保养方 便，每台UPS和每组电池都装有自己的连接开关。2. UPS 故障运行方式a. UPS2故障，则通过STS将所有的负载切换到UPS1然后维修UPS2修复后再恢复原带载运行方式b. UPS1故障，

12、则通过STS将所有的负载切换到UPS2然后维修UPS1修复后再恢复原带载运行方式 ;c. 两台UPS都故障，贝U通过两台UPS的静态旁路供电给负载。此时，可以将 两台UPS打到维修旁路或者轮流关闭进行维修，修复后再转为原带载运行方式。3. 电池组故障运行方式电池组分为36组并联，若发现电池故障或者报警，维修人员切除故障的电 池分组，进行维修维护工作，修复后再将电池分组重新投入运行。4. 失去 1 路主电源运行方式a. UPS2主电源失电，则UPS2亭止输出，通过STS将所有负载切到UPS1;b. UPS1主电源失电，则UPS2停止输出，通过STS将所有负载切到UPS25. 失去 2 路主电源运

13、行方式此时两台UPS同时转到电池组放电状态，通过 STS后共同分担后面的负载。若 此时任何1台UPS故障，其后面的负载都会通过 STS转移到另外一台UPS上去，电 池组也会全部转给正常的UPS使用，后备时间不受影响。智能配电柜会结合各负荷的后备时间要求，按时切除相应的负载。6. 检修运行方式a. 检修单台UPS时，断开一台进行检修，另一台正常运行；b. 检修单组蓄电池时，断开一组进行检修，其它电池组正常运行 ;c. 当两台UPS同时检修时，可将两台UPS打到维修旁路或者轮流关闭进行检 修。其他方案特点分析概括起来，该方案具有以下几个特点 :1. UPS电源采用集中式配置，跟分散式配置相比，该方

14、案更能综合利用UPS和蓄电池资源，具有设备可靠性高、节省安装空间、维修和管理方便等优点，符合地 铁行业的的发展趋势。2输入电源采用双路同时分别供电，跟前端采用 ATS切换装置相比，该方案 更节省投资，使双路电源负载均分，并且避免了 ATS的单点故障。3. 系统采用两台UPS双母线架构，跟单机和双机并联架构相比，减少了单故障 点，增强了可靠度。4. 采用双机共享电池组方式，确保任何一台 UPS故障时，系统总的后备时间不 受影响，并且同时具备了以下优点 :a. 节省购买电池的资金投资，相应的搬运、安装等投资也跟着减少。b. 节省安装空间投资，相应的装修费、空调配置等投资也跟着减少。c. 节省承重方面的投资。d. 节省电耗、维护保养等运营成本方面的投资，更加环保。e. 系统扩容比较方便，主机和电池组的扩容可以分别进行，非常安全、方 便，可以灵活利用资金。f. 发挥电池的最大效能，提高电池利用率。对于传统的电池配置方案，由于电池数量较多，停电后电池会小电流放电，电池容量可能还没有放掉多少，市电就 已经恢复。这种小电流的浅度放电对电池是没有好处的，久而久之电池性能就会下 降，一旦某台UPS坏掉，其它UPS电池的后备时间就会达不到要求。而