簡談集中式不間斷電源在城市軌道交通應用中的關鍵因素及對策分析
在城市軌道交通車站中分布著大量的弱電系統設備，主要涵蓋于通信、信號、火災報警(FAS)、機電設備監控(EMCS)、自動售檢票(AFC)、門禁等弱電系統中，它們對于確保乘客的人身安全、保障軌道交通的正常運營起著關鍵作用。由于其重要性，為了保證供電的連續性和可靠性，除了采用雙電源雙回線路供電外，還增設應急電源作為備用供電方式。
在城市軌道交通中應用的應急電源一般有獨立于正常電源的發電機組、獨立于正常電源的專用饋電線路、不間斷電源(UninterruptablePowerSupply，簡為UPS)、應急電源(EmergencyPowerSupply，簡為EPS)等。由于弱電系統設備大多為工控機、服務器等精密儀器，對逆變切換時間要求較短，對輸出電壓、頻率等的穩定性要求較高，所以軌道交通弱電系統一般采用UPS作為應急電源。
以往建設的線路，弱電系統均分別設置各自的UPS，存在設備分散、數量多、品牌雜、日常維護工作量大等問題。隨著資源共享理念的深入，軌道交通行業紛紛采用集中式UPS，使得弱電系統UPS整合已經成為一種技術發展趨勢。
1集中式UPS的優勢
分散式UPS是指各弱電系統單獨設置UPS。分散式UPS的結構如圖1所示：車站降壓變電所400V一、二段母線需饋出多路電源，以保證通信、信號、FAS等每個系統有兩路電源至電源切換箱，經過雙電源自動切換后，再通過各弱電系統獨立設置的UPS給相關設備供電。
當采用集中式UPS時，各弱電系統不再單獨設置UPS：車站降壓變電所400V一、二段母線僅需分別饋出一路電源至電源切換箱，由電源切換箱輸送電源至集中式UPS柜，經集中式UPS柜饋出電源至配電屏，由配電屏負責向通信、信號、FAS等各弱電系統進行供電。
與各弱電系統分設UPS方式相比，集中式UPS在工程投資、設備采購、運營維護管理等方面有著明顯的優勢。具體優勢如下：
1)減少變電所饋出回路和UPS設備的數量，節省投資;
2)統一UPS設備的型號，便于設備集中采購;
3)設備集中，能夠減少UPS設備用房的面積，且有利于對UPS進行集中監控、維護保養。
2問題的提出
近年來，隨著集中式UPS在軌道交通工程的不斷推廣應用，各類故障、事故頻繁發生，使得其在實際應用中遇到了瓶頸。為此，有必要分析影響集中式UPS在軌道交通中應用的關鍵因素。
2.1設計因素
對于集中式UPS系統，不合理的設計會使得UPS系統的安全、可靠性降低，直接威脅弱電系統設備的正常運行。
2.1.1單UPS設計方案
有些線路采用單臺UPS供電的設計方案。由于集中式UPS系統所供給的弱電系統涉及多專業，如果此時UPS出現故障情況，將直接影響多個弱電系統的運行，給軌道交通的正常運營帶來較大的影響。
2.1.2單母線不分段設計方案
該方案雖然是雙UPS系統，但是采用了單母線不分段的'設計。如圖4所示，UPS1和UPS2分別通過6QM、7QM斷路器饋出，匯聚至8QM斷路器，通過8QM統一饋出至母線上供電給各弱電系統。如果8QM斷路器故障跳閘，那么各弱電系統設備將瞬時失去電源，即使手動合上5QM斷路器，采用由變電所直接提供電源給各類負荷的方式，那也需要一定的時間，并且由于采用了變電所直接提供電源方式，降低了電源的供電質量。
2.2設備制造因素
僅有合理、完善的設計方案還遠遠不夠，設備制造也是一個不容忽視的環節。
2.2.1軟件設置
弱電系統采用的工控機、服務器等設備，對電源質量的要求高，需要UPS為其提供穩定、無波形失真、無干擾的高質量正弦波電源。此需求除了與UPS硬件設備的品質等有關外，還與設備制造商進行軟件設置、調試中對控制系統的邏輯設置等有關。
當某臺UPS出現故障且另一臺UPS單機運行正常時，控制系統應自動切換至另一臺UPS，由該UPS向負載繼續供電，以提供具有高品質電源，提高集中式UPS系統的可靠性。但在實際運用中，有部分設備制造商在進行控制邏輯設置時，并沒有直接切換至另一臺UPS，而是采用直接切換至旁路的做法。由于旁路采用的是市電直接供電，電壓的穩定性、電源的波形等電源質量參數不能滿足弱電系統設備的要求，可能造成弱電系統設備不能正常運行。
2.2.2分級切換
后備時間是指在市電斷電后，UPS能夠提供給相關用電設備的最大供電時間。對于軌道交通來說，當從車站降壓變電所供給的二路電源失電后，UPS系統采用蓄電池經逆變向各弱電系統進行供電的方式。在許多UPS系統故障案例中，出現了正常電源故障后，由蓄電池供電時，供電時間不能滿足各設備所需的用電時間的情況，蓄電池供電時間明顯低于設備所需的后備時間。出現這一情況，除了蓄電池本身的問題(如蓄電池質量問題、老化問題)外，大部分原因是由于UPS在進行控制系統設計時，未做到分級切換。
3對策分析
3.1設計因素的相應對策
采用雙UPS、單母線分段的設計方案是解決問題的方法之一。采用雙UPS時，兩套UPS平均分擔其負載，互備冗余運行;如果一臺UPS出現故障，能通過選擇性操作自動將故障UPS從系統中脫離出來，這樣另一臺UPS仍能向負載提供可靠的高品質電源。
當采用雙UPS且單母線分段的設計方案時，如果此時6QM斷路器故障，UPS2仍能向負載供電，避免了單母線不分段設計方案因饋出斷路器故障而無法向負載供電的情況出現，提高了UPS系統的供電可靠性。
3.2設備制造因素的相應對策
1)集中式UPS系統是一個集成度較高的系統，對設備制造商或供應商的要求較高，需選擇有一定資質、信譽高、有較豐富經驗的企業，以確保設備的質量和良好的售后服務。
2)設備制造企業應嚴格根據用戶需求進行設備的設計、制造、軟件設置，如：了解各弱電系統對電壓范圍、頻率、功率因數、輸出電壓穩定精度、輸出電壓不平衡度、輸出波形失真度、電源切換時間、后備時間等需求。
3.3施工因素的相應對策
1)選擇有一定資質、信譽高的專業施工安裝公司與監理公司，以確保建設施工質量;
2)加強施工建設期間的管理，以確保規范施工、按圖施工，杜絕野蠻施工等情況發生;
3)對設備的進出線電纜統一加裝銅夾并進行固定，防止接線松動等情況發生;
4)認真對待設備的交接驗收工作，因為相應的交接、驗收試驗能夠使得不規范施工所存在的安全隱患提前暴露出來。
3.4運營維護因素的相應對策
1)制定完善的運營、維修、維護管理制度，建立專業的運營、維護團隊。
2)對于沒有故障報警及上傳故障信息的設備，增加故障信息報警及上傳功能，以確保車站運行或維護人員能第一時間了解設備故障信息，為快速處理故障贏得時間。
3)對于已經采用故障報警及上傳功能的設備，采取屏蔽一些無關緊要的運行信息、突出顯示設備故障信息、故障聲光報警等技術手段，以簡化報文信息，便于車站運行或維護人員快速了解設備故障情況。
4)加強設備的巡視和維護保養力度，定期對設備進行專業的維護保養。主要維護保養內容有：外觀檢查，接線端子、接口轉換裝置等部件的除塵保養，蓄電池充放電試驗、核容試驗等。
5)鑒于UPS系統對環境溫度的要求較高，應嚴格遵守設備的使用規定和環境溫度規定，加強對設備區(UPS系統放置處)溫度的控制，確保良好的通風和適宜的溫度。
4結語
與分散式UPS相比，集中式UPS具有明顯的優勢。但是，它是一個綜合性較強的系統，無論從前期的設計、設備制造、施工，還是后期的運營、維護，任何一個環節出現疏漏，都會導致集中式UPS出現問題，進而影響軌道交通的正常運營。希望在今后的軌道交通工程中，各系統、各專業能通力配合、緊密聯系，做到精益求精，真正發揮集中式UPS的優勢，更好地為各弱電系統提供優質、安全、可靠的電源。
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