浅谈城市轨道交通UPS整合应用方案

　　一、 前言

　　城市轨道交通车站内包含众多的弱电设备系统，如通信、信号、综合监控、环境监控、办公自动化、门禁、自动售检票、火灾自动报警、屏蔽门、应急照明、变电所综合自动化等这些系统负责地铁车站的旅客运输环境监控、信息传递和乘客导引等，属于重要或特别重要的负荷，需要可靠性很高的电源。

　　UPS（ Uninterruptible Power System ），即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的 UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（ 事故停电 ）时， UPS 立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。 还有UPS效率、功率因数、转换时间等都是表征UPS性能的重要参数，决定了对负载的保护能力和对市电的利用率。性能越好，保护能力也越强，总的来说，后备式UPS对负载的保护差，在线互动式略优之，在线式则几乎可以解决所有的常见电力问题。当然成本也随着性能的增强而上升。因此用户在选购UPS时，应根据负载对电力的要求程度及负载的重要性不同，而选取不同类型的UPS。

　　随着电力电子设备制造工艺和应用技术的发展，大容量电源系统和先进控制技术在通信和电力系统中成熟使用，为轨道交通工程中实现对各个弱电电源系统的整合提供了有利条件。

　　二、 客户需求

　　（一）整合原则及需求

　　对各电源系统的蓄电池、装置进行硬件整合和集中布置，便于电源系统的统一维护与管理。通过集中布置减少设备用房面积，降低车站土建工程造价。实现资源共享节省设备投资。

　　1、地铁中各弱电系统对电源的可靠性要求很高，电源断电时会造成地铁停运甚至人身伤害，带来不可估计的损失，因此各车站电源整合系统分别设置两套电源装置（含整流器、逆变器、蓄电池）、负载同步控制器、智能控制单元等。

　　2、电源及蓄电池设置。设置两套电源装置，在工程实施工程中，具体收集每一个设备的用电需求资料，并由此计算出较的容量。为确保能够长期安全可靠的运行，推荐UPS的负载量一般为60％～80％UPS的额定输出功率。

　　3、负载同步控制器。当两路UPS电源不同步时，在转换过程中可能造成负载电压的扰动、接通时电流过大而停机。如要在电源不同步时可靠地转换。则必须增长间断时间（一般为15ms）。

　　4、智能控制单元。智能控制单元负责控制管理UPS电源装置蓄电池，对UPS电源整合系统监控信息上传。

　　5、机房整体设计应体现“绿色机房、科技机房”的特点，响应国家“节能减排”政策的号召，利用先进技术及设计理念整体提高系统节能指标。

　　（二）各弱电系统负载类型及需求分析

　　1、通信系统。负载类型：传输、无线、公务电话、专用电话、闭路电视、广播、时钟等子系统的计算机网络通讯设备电源要求能连续供应AC220V电源。

　　2、信号系统。负载类型：信号系统旅客信息系统等计算机、网络设备。控制设备；电源要求：能连续供应AC380/220V电源。

　　3、综合监控系统（含环境监控、门禁）。负载类型：计算机、网络设备，环境监控和门禁控制设备；电源要求：连续供应AC220V电源。

　　4、自动售检票系统（AFC）。负载类型计算机、网络设备，AFC终端设备。电源要求：能连续供应AC220V电源。

　　5、办公自动化系统。负载类型：计算机、网络设备：电源要求能连续供应AC220V电源。

　　6、屏蔽门系统。负载类型屏蔽门控制、驱动设备等电源要求：控制设备需连续供应AC220V控制电源驱动设备需要DC110V驱动电源。

　　7、火灾自动报警系统。负载类型。计算机网络设备、报警控制器等电源要求需连续供应AC220V电源。

　　8、变电所直流辅助电源。负载类型：装置电源、控制电源、电机电源，电源要求能连续供应DC220V电源。

　　9、车站应急照明系统。负载类型。包括疏散照明和备用照明，电源要求能连续供应AC220V电源。

　　三、 供电方案建议

　　根据上述客户需求，我公司提供由Delta HIFT高智能容错UPS所组成的双总线供电系统。UPS已从60 年代的旋转发电机发展至今天的具有智能化程度的静止式全电子化电路，并且还在继续发展。主流的UPS厂商有APC、山特等，都提供各种级别的UPS满足不同用户群的需要。目前，UPS一般均指静止式UPS，按其工作方式分类可分为后备式、在线互动式及在线式三大类。

　　1、 UPS选型：

　　根据设备的情况、用电环境以及想达到的电源保护目的，可以选择适合的UPS；例如对内置开关电源的小功率设备一般可选用后备式UPS，在用电环境较恶劣的地方应选用在线互动式或在线式UPS，而对不允许有间断时间或时刻要求正弦波交流电的设备，就只能选用在线式UPS。

　　该型号产品的物理尺寸：520×910×1695（W×D×H） 重量：230Kg

　　另外针对系统对同步控制的要求，普通的双总线系统会在两台UPS之间增加外置同步控制器，不但额外增加了成本，关键的是增加的外置同步控制器会成为系统的单点故障点，因此会大大的降低系统的可靠性。而台达HIFT系列UPS内置了同步控制功能。

　　2、 供电系统选择：

　　Delta HIFT高智能容错UPS系统——内部采用模块化结构，组成模块N+X冗余结构，因此系统供电可靠性要远远高于普通UPS所组成的双总线供电系统。在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电超出其工作范围或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。其特点是：结构简单，体积小，成本低，但输入电压范围窄，输出电压稳定差，有切换时间，且输出波形一般为方波。在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电超出其工作范围或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。其特点是：结构简单，体积小，成本低，但输入电压范围窄，输出电压稳定差，有切换时间，且输出波形一般为方波。在线互动式UPS：在市电正常时直接由市电向负载供电，当市电偏低或偏高时，通过UPS内部稳压线路稳压后输出，当市电异常或停电时，通过转换开关转为电池逆变供电。其特点是：有较宽的输入电压范围，噪音低，体积小等特点，但同样存在切换时间。

　　3、 蓄电池容量选择：

　　系统后备放电30分钟。

　　蓄电池型号：DCF126-12/200 12V 200Ah蓄电池

　　蓄电池数量：40颗（一组）

　　UPS电源整合系统分别从降压所0.4V两段母线引进一路AC380V电源作为两套UPS装置的输入电源。

　　正常工作时，两套UPS装置冗余并机运行。共同分担其负载电流向各用电系统提供AC380/220V不问断电源每台UPS单机容量能满足系统总容量要求。并设置智能控制单元，负责按设定的时间依次切除各种负荷。

　　屏蔽门系统、变电所辅助电源应急照明由各个系统独立设置后备电源，不纳入电源整合范围。

　　方案系统图：

　　方案配置清单：

　　四、 方案优势分析

　　随着企业对可用性的要求越来越高，为机房或数据中心配置采用容错技术的供电系统的必要性则突显出来。

　　Delta公司推出的高智能容错UPS，它的显着优势和带给客户的价值包括但不限于：

　　◆ 系统可靠性高

　　系统可靠性计算公式：

　　HIFT UPS模块2+1冗余系统可靠性：

　　HIFT UPS模块1+2冗余系统可靠性：

　　HIFT UPS组成的N+X冗余供电系统，系统的实际负载量占设备容量的大小与系统的可靠度息息相关，实际负载量越低，系统冗余度越高，系统可靠度也就越高。

　　◆ 系统可靠性高

　　可用性是衡量系统提供持续服务的能力。

　　HIFT UPS采用模块N+X冗余技术，可在线热插拔故障模块，MTTR可视为0

　　不同供电方案可用性比较（MTBF以20万小时为例）

　　HIFT UPS可降低“再发生故障”500－1000

　　◆ 随需扩容

　　快速变化的业务要求企业机房和数据中心具备灵活性（Agility）。当更多的IT应用强调动态结构时，支撑这些应用的UPS供电系统是必须提前一步到位，还是可以根据需要灵活配置？

　　HIFT（海福）UPS因采用模块化结构，可以在20kVA到480kVA的宽广范围内，以20kVA为单位来随时随需在线扩容，客户不再需要仅是为未来的可能性而提前投入大笔费用。（见下图）

　　HIFT（海福）UPS的这种灵活性，即允许配置容量贴近实际需求容量的能力，不仅降低了UPS的初始购置成本，更减少了配套设备（如空调）的配置与能耗支出，有效防止了基础设施超前超大规模设计导致的不必要开支。

　　◆ 高效节能——降低运营成本

　　通常带载越少，UPS效率越差。而HIFT（海福）UPS，即使带载只有额定容量的15%，整机效率亦超过90%；当带载达到27%时，效率就已高达94%。效率在百分比上的每一小步提升，能耗支出的节省都是一大步。

　　HIFT UPS效率曲线图

　　效益分析：

　　UPS一年耗电量：

　　空调制冷成本（以空调的EER（能效比）为3.3来计算）：

　　根据上述计算，采用HIFT UPS与普通UPS相比较，仅从电费这一项上来计算，

　　每年两台80KVA的HIFT UPS每年节省的电费=（15540+4535）度×1.8元×2

　　= 72270元。

　　◆ 小配件大管理

　　HIFT（海福）UPS，加上SNMP卡和环境监测模块，即可对机房的动力环境，包括温度、湿度、火、烟雾、漏水、以及门禁，进行全面的监控和管理。

　　五、 强大的技术支持与售后服务网络

　　中达电通在全国拥有34个服务网点，共有500多位销售服务工程师为用户提供售前、售中、售后的全方位服务，以保证用户在时间得到技术支持，内容如下：

　　服务宗旨：提供品质卓越的不间断电源产品和令客户百分之百满意的服务。

　　售前服务：

　　● 为客户提供电源规划，使客户能享受到经济，有效的Delta  UPS配置及网络系统管理方案。

　　● 公司可以专案形式满足有特殊要求的客户，并提供各种不间断电源产品。

　　● 客户可向上海总公司，各地分公司及代理商咨询Delta UPS产品的技特性或上网查询

　　● 通过各种媒体，全国各地巡展及新产品发布会让客户了解Delta UPS产品的功能及特性。

　　● 公司备有足够的库存，提供快捷的装机服务，满足客户改善用电环境的要求。

　　售中服务：

　　● 安装调试时，对用户进行现场培训，令设备使用人员对设备能够独立操作，正常使用及维护保养。

　　● 对客户的使用环境包括电源输入、输出、电池、电缆规格等有关准备工作将由专门的技术人员负责。

　　售后服务：

　　● 产品售出后即享有当地代理商进行安装、调试及使用解说的服务，并享有Delta品牌保证，终身维护。

　　● 定期对Delta UPS的使用用户进行培训。

　　● 维修期内技术人员会定期提供UPS保养。

　　● 遍布全国的Delta UPS维护网使您的问题可在短时间内得到解决。

　　六、 结论

　　综上可知，城市轨道交通中弱电系统的UPS电源整合是适应轨道交通快速发展而出现的它对合理配置电源资源起到了较大的作用，提高了轨道交通弱电系统的经济性、安全性，并减小了维护量。