城市轨道交通供电系统运行与维护课件：备用电源

备用电源2备用电源

城市轨道交通机电系统根据各系统负荷类型、重要性等因素，对备用电源的设置提出了不同种类、容量和后备时间的要求，备用电源有4种类型：UPS、EPS、变电所直流电源和站台门交直流电源。基础知识12UPS内容提要备用电源3EPS4变电所直流电源5站台门电源47.1基础知识—整流7.1.1整流技术1、半波整流电路半波整流电路如下图所示，它由电源变压器B、整流二极管D和负载电阻Rfz组成。变压器把市电电压（多为220VAC）变换为所需要的交变电压E2，D再把交流电变换为脉动直流电。5

不难看出，半波整说是以牺牲一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低（计算表明，整流得出的半波电压在整个周期内的平均值，即负载上的直流电压Usc=0.45e2）。因此，工业领域很少采用。7.1基础知识—整流技术6全波整流电路7.1基础知识—整流技术7

由于两个整流元件D1、D2轮流导电，结果负载电阻Rfz上在正、负两个半周作用期间，都有同一方向的电流通过，如图（4）所示的那样，因此称为全波整流，全波整流大大地提高了整流效率7.1基础知识—整流技术8桥式整流电路

这种电路只要增加两只二极管连接成"桥"式结构，便具有全波整流电路的优点，同时在一定程度上克服了它的缺点7.1基础知识—整流技术9桥式整流正半周电流回路图E2为正半周时，对D1、D3加正向电压，Dl，D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止，电路中构成E2、D1、Rfz、D3通电回路，在Rfz上形成上正下负的半波整洗电压，7.1基础知识—整流技术10桥式整流负半周电流回路图E2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成E2、D2、Rfz、D4通电回路，同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压7.1基础知识—整流技术11Rfz上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从上图中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整洗电路小一半7.1基础知识—整流技术127.1基础知识—逆变技术逆变技术13基本原理是：1）通过高频PWM(脉宽调制)开关电源技术，由高频逆变器将直流电转换成30kHz－50kHz、220V左右的交流电；2）高频变压器对高频逆变器的输出进行隔离；3）利用桥式整流、滤波、脉宽调制及开关功率输出等技术，将30kHz～50kHz、220V左右的交流电转换成50Hz、220V的交流电。7.1基础知识—逆变技术147.1基础知识—UPS电源

由电源输入电路（包括主路和旁路）、AC/DC变换的整流器、DC/AC变换的逆变器、逆变和旁路输出切换电路，以及蓄能电池等五部分组成15工作原理：

当市电正常时，如上图所示的交流输入—交流输出回路，交流电经过输入隔离变压器隔离，经整流滤波后给逆变器供电；再经过逆变器中的高频隔离变压器隔离后给负载供电。

当市电断电时，如上图所示的直流输入—交流输出回路，由蓄电池经逆止二极管给逆变器供电，再经过逆变器中的高频隔离变压器隔离后给负载供电。

当UPS出现故障时，如上图所示的旁路输入—交流输出回路，如蓄电池断电、逆变器过载或故障，则由静态开关自动切换至旁路供电。7.1基础知识—UPS电源16EPS电源（EmergencyPowerSupply）又称应急电源，它主要由输入输出单元、充电模块、电池组、逆变器、监控器、输出切换装置等部分组成。

7.1基础知识—EPS电源17工作原理：当市电正常时，由静态开关直接给负载供电。此时，充电模块工作，并对蓄电池充电或浮充；逆变模块不工作。当市电断电时，则由静态开关自动切换至逆变模块供电。此时，充电模块不工作；由蓄电池对逆变模块供电，逆变后给负载供电。7.1基础知识—EPS电源181）应用不同EPS电源主要用于消防行业，强调能够持续供电这一功能。UPS电源一般用于精密仪器负载（如城市轨道交通的各种通信和自动化专业），除了强调持续供电之外，还要求逆变切换时间短（小于5ms）、供电质量较高。供电质量包括输出电压谐波含量少和频率稳定等。7.1基础知识—EPS与UPS的区别192）功能不同EPS电源与UPS电源两者都具有市电旁路及整流逆变电路，在功能上的区别是：EPS电源一般对逆变切换时间要求不高，正常情况下由旁路供电，市电停电时才转为逆变供电，电能利用率高。UPS电源对逆变切换时间要求高，通常要求切换时间在3ms以内，因此，为了达到切换要求，无论市电是否停电，UPS均由整流/逆变电路供电，蓄电池处于浮充状态，当市电停电时才由蓄电池向逆变器供电，并输出给负载。这样确保了切换时间短。只有当逆变器故障或超载时才转为旁路供电。这种供电方式导致电能利用率不高，一般为80%-90%。7.1基础知识—EPS与UPS的区别203）负载不同UPS电源负载一般是计算机类设备，属于容性负载。EPS电源负载一般是为应急消防产品，如电机、水泵、照明等设备，属于感性负载。负载性质不同会对UPS、EPS的元器件选型和内部结构产生不同的影响。

7.1基础知识—EPS与UPS的区别217.2UPS

通信系统、信号系统、综合监控系统、机电设备监控系统、火灾报警系统、门禁系统、自动售检票系统等通信和自动化系统的负载为容性负载，要求切换时间为毫秒级的连续供电，因此，这些系统的备用电源采用UPS。

由于它们的负载性质和供电要求基本一致，且设备房彼此临近，因此这些系统的UPS可以整合在一起。

城市轨道交通通常采用模块化的UPS，如下图所示。7.2UPS227.2UPS模块化UPS系统图237.2UPS模块化UPS的原理与传统UPS的原理基本一致。其特点是：1）系统输入与输出完全电气隔离，蓄电池完全独立于输入输出系统，可靠性高。2）全数字化控制采用DSP（DigitalSignalProcessing，数字信号处理）数字化SPWM（SinusoidalPulseWidthModulation，正弦脉宽调制）控制技术，具有抗干扰能力强、运算速度快、智能化程度高、控制精度和输出波形质量高等特点。3）并联冗余整流模块和逆变模块都能够方便的组成并联冗余系统，配置灵活，可靠性大大提高。247.2UPS并联冗余4）自主均流各模块的运行及并联均由内置DSP独立控制完成，不需另加控制或并联单元,均流效果好。257.2UPS5）智能电池管理以及全系统监控技术。

智能电池管理：UPS既有智能的电池巡检和充电管理

全系统监控：UPS的监控系统对所有功率模块都能够直接与通信，实现监控功能。

5）智能电池管理以及全系统监控技术。智能电池管理：UPS既有智能的电池巡检和充电管理全系统监控：UPS的监控系统对所有功率模块都能够直接与通信，实现监控功能。267.3EPS城市轨道交通EPS主要用于应急照明。该ＥＰＳ装置为消防应急照明使用，应通过消防部门认证，其电源构成及工作原理见EPS原理图。车站应急照明的EPS设在车站照明配电室（通常每个车站设4个，站厅、站台、A端、B端）。277.4变电所直流电源

变电所自用电系统分为交流自用电系统和直流自用电系统。变电所自用电中大部分重要负荷电源为直流，少部分负荷电源为交流。

直流电源系统主要由交流配电、充电模块、监控模块、母线调压（降压硅链）、直流馈电（包括合闸回路、控制回路）、绝缘监测、蓄电池组等几大部分组成287.4变电所直流电源29

合闸母线：用于合闸电磁铁或合闸储能电机的电源总线称为合闸母线，也就是直流屏连接到各断路器的合闸电源线路。

合闸电源：在变电站里，提供给断路器合闸回路的电源叫合闸电源，合闸电源由直流屏提供。

7.4变电所直流电源30

控制母线：用于控制或信号指示的所有控制回路总线称为控制母线，也就是直流屏连接到各断路器控制屏的控制电源线路。

控制电源：在变电所里，提供给控制断路器分、合闸的电源，如继电保护装置、控制装置以及自动化装置的电源，叫控制电源，控制电源由直流屏提供。7.4变电所直流电源31

合闸母线与控制母线的区别:

1、控制母线提供持续的，较小负荷的直流电源；而合闸母线提供瞬时较大的电源，平时无负荷电流。在合闸时电流较大，会造成母线电压的短时下降。

2、控母电压一般为220VDC或110VDC，合母电压稍高一些，为240VDC或125VDC。

这二种母线一般情况下均共用负极母线，区别在于控制母线的电流远小于合闸母线电流，熔断体的选择及导线有区别，标记也不一样。

合闸母线必须与控制母线分开，以防止合闸电流冲击扰动二次设备引起误动作。7.4变电所直流电源32

直流屏工作原理如下：1）正常情况下，由充电单元对蓄电池进行充电的同时并向经常性负载(继电保护装置、控制设备等)提供直流电源；2）当控制负荷或动力负荷需较大的冲击电流(如断路器的分、合闸)时，由充电单元和蓄电池共同提供直流电源；3）当变电所交流中断时，由蓄电池组单独提供直流电源。

从上图不难看出，无论变电所交流是否中断，蓄电池一直处在工作状态，且直流投入的时间小于5ms，因此变电所直流电源可以划为UPS电源一类。7.4变电所直流电源337.5站台门电源

站台门系统的电源包括驱动电源和控制电源，驱动电源为滑动门之驱动提供电源；控制电源为站台门的控制系统提供电源。驱动电源通常为110VDC，控制电源为：24VDC（信号继电器电源）、220VAC或/和110VDC（PSC/PSA、PSL等工控机机器继电器回路电源）。

站台门系统对电源的要求是，当两路交流电源均发生故障时，保证站台门在30分钟内能够正常的开门/关门循环五次，控制电源可以维持长达30分钟，使乘客能够上下车。347.5站台门电源

站台门电源系统主要由交流配电、充电模块、监控模块、母线调压（降压硅链）、交流逆变、绝缘监测、蓄电池组、直流馈电（包括控制回路、驱动回路）、交流馈电（包括控制回路）等几大部分组成。

基本组成形式如下图所示。35站台门电源原理框图7.5站台门电源36

站台门电源工作原理如下：1）正常情况下，由充电单元对蓄电池进行充电的同时并向经常性负载(门单元设备、PSC/PSA、PSL等)提供直流电源。24VDC主要用于与信号专业接口的继电器电源