地鐵行業UPS供電系統解決方案

近年來城市軌道交通行業發展迅猛，國內各大城市陸續建設城市地鐵，地鐵已經是一些大中城型市不可缺少的交通工具，地鐵系統中通信系統是地鐵工程運營指揮、企業管理、服務乘客和傳遞各種信息的網絡平臺，系統應具有先進性、開放性、可靠性、易擴充性、組網靈活性等特點，能傳遞語音、數據、圖像等各種信息的綜合業務數字通信網。通信系統在正常情況下應能保證列車安全高效運營，為乘客提供高質量的出行服務，在異常情況下能迅速轉變為供防災求援和事故處理的指揮通信系統。通信系統的重要性決定了，通信系統供電設備的可靠性也就成了重中之重，由于市電電網中接有各種各樣的負載，對電網造成了干擾和污染，惡化了供電質量，影響了負載設備的正常運行，導致服務器的數據丟失等問題的產生，給用戶造成了不可估計的損失。UPS供電系統的建設目的，是通過UPS供電系統給機房內用電設備提供高質量的、不間斷電源，來保證用電設備正常工作。UPS不間斷電源系統可以解決數據機房電源斷電、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量差對前端設備造成的危害。
?????一般地鐵工程通信系統由以下13個子系統組成：⑴傳輸系統、⑵專用無線通信系統、⑶公務電話系統、⑷專用電話系統、⑸廣播系統、⑹電視監視系統、⑺時鐘系統、⑻旅客向導系統、⑼綜合布線系統、⑽電源系統、⑾公用傳輸系統、⑿公用移動通信引入系統、⒀公安、消防無線引入系統

2地鐵工程電源子系統概述
?????為了保證通信設備在主電源中斷或波動情況下，通信各子系統仍能可靠地工作，地鐵通信系統中電源系統將承擔全線范圍內所有控制中心、車站、車輛段通信設備的供電。因此對供系統要求要有極高的可靠性，要有連續不斷的、高效、安全、可靠的電力供應以保證負載運行。
????地鐵工程電源子系統在控制中心、各車站、車輛段的通信設備室及電池室內分別設置UPS電源設備，免維護電池。控制中心、各車站、車輛段均采用在線式UPS，UPS系統只提供交流220V電源，通信各子系統如采用其它方式電源，由通信各子系統自配的整流裝置產生。
控制中心、各車站、車輛段的通信設備室均設有電源監控設備，控制中心、各車站、車輛段的通信機房的環境參數、電源供應情況、電源設備的運行狀態及故障告警信息將通過傳輸系統送到控制中心統一監測。
?????電源子系統需要的設備有UPS、蓄電池組、動力環境監控系統，交流配電屏、雙路電源切換屏、交流配電屏等設備組成。
在世界能源和經濟危機突顯的今天，國家在積極的倡導企業節能減排，綠色，節能、環保這些以前人們不太重視的詞匯現在已經深入人心，國內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為目標來建設。

3如何打造地鐵的綠色電源系統
?????地鐵電源系統一般包括UPS、蓄電池、動力環境集中監控，防雷箱，雙路電源切換屏、輸入輸出配電屏等設備組成。
?????通信電源系統為不間斷電源系統，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。
UPS系統提供交流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有監控設備，將通信機房的環境參數、電源供應情況、運行狀態及故障告警信息將通過傳輸系統送到控制中心統一監控。
?????電源系統中最核心的設備就是UPS，可以稱做綠色的電源系統的主要因素也就是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適應電網的能力，同時電壓范圍寬廣也有著降低用戶投資成本，節能環保的作用，用戶在對UPS供電系統的投資中，蓄電池往往占有很大的比例，例如地鐵電源系統大多為要求后備延時時間在2~4個小時，這樣在系統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，延長電池使用壽命，達到節能環保，節省投資的效果。特別是在電網波動較大的環境下，該功能發揮的作用越大。

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節能減排的要求，所以在選用用電設備時，效率尤為重要，效率的高低是決定設備每年的耗電量有多少的最主要的一項參數，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能的效果，以80KVA的UPS為例，大多數設備的效率為92%左右，如果效率可以提升2%，一年可節省約11212度電,這還未算效率提升后設備無功損耗降低，減少發熱，空調節省的電。所以在地鐵電源系統在選用UPS?時，效率是非常重要的一項參數。
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，達到節能的效果。諧波電流低，可以減小UPS對電網的污染，達到環保的功能。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，內置輸出隔離變壓器，行業內稱為工頻機，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備的自身耗電。由于提升這些參數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架構設計的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，如果風扇出現故障或者轉速不夠，UPS的運行就會出現問題，大多廠商的UPS都全將風扇的轉速設置為快速，而UPS供電系統中，大多數的帶帶比例都在60%~70%,并機系統中帶載比例會更少，會在30%~40%左右，這樣，如果風扇如果長年都是全速運轉，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速自動控制，UPS的控制系統可以根據負載的實際大小和環境溫度來控制風扇的轉速，來達到節能的效果，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，所以在選用設備時在保證設備質量的基礎上最好能選擇何積小、重量輕的設備，以便節省機房使用空間。
3.6?ECO模式運行
?????ECO模式又稱經濟模式，UPS在正常運行時處于靜態旁路狀態，在市電波動超出可用范圍或市電斷電情況出現時，由蓄電池供電。
通過對機房電網進行評估,在電網情況較好的區域可采用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%????
經濟模式效率:97.5%
l????????若以80%負載使用經濟模式,則可以減少12.7KW功率損耗
l????????一年可節省電費=12.7*365*24=111252KWH(約11.12萬度電)
另外,由于UPS效率的提高及發熱量的減少,亦可節省機房空調設備的用電量及電費。ECO模式目前國內很少有使用，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?設備符合RoHs標準
要求UPS具有緑色環保功能，其本身也應該符合綠色環保的要求，所以在選用UPS時，要看生產廠商是否通過了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%)，達到潔凈電力與節省能源的效益。
l????????可1+1并聯使用，無須外加并聯控制卡。達到擴充容量或是提升可靠度。
l????????模塊化設計，可依據現況建置并保留未來的擴充性，達到經濟效益最大化。
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境。
l????????整流器有軟啟動設計，可使發電機供電得到平滑的電力轉移。
l????????使用高頻脈寬調變逆流器及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：可于緊急狀態下，以面板按鍵或遠程遙控開關，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????????利用微處理器技術執行自我偵測和?LCD?訊息顯示，并可依實際的需求設定相關的參數。
l????????內建SRAM可以儲存多達500筆數據數據，提供詳細的運轉狀態信息，作為管理分析使用。
l????????有手動維護和靜態兩種旁路開關回路，提供維護時的備用電源。
l????????雙重輔助電源，與雙重靜態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，可由靜態旁路自動轉回逆流器輸出。
?????????當過溫狀況消除，可由靜態旁路自動轉回逆流器輸出。
l????????在長時間備用模式操作下，可將警告聲關閉，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，將關閉輸出以保護電氣設備。
5臺達UPS性能及技術特點說明
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數字控制技術
用戶只需要購買相應的功率模塊，即可實現“N+X”的故障冗余及升級擴容。
任何一個模塊出現故障,都可自動脫離系統,確保系統正常運行,臺達UPS的模塊化設計不僅模塊實現冗余,內部的輔助電源,PCB板也實現冗余.真正實現各功能模塊獨立,損壞任何一功能模塊都互不干擾.大大提高系統的可靠度、可用性。
l????????模塊化設計,N+X冗余
用戶只需要購買相應的功率模塊，即可實現“N+X”的故障冗余及升級擴容。
任何一個模塊出現故障,都可自動脫離系統,確保系統正常運行,臺達UPS的模塊化設計不僅模塊實現冗余,內部的輔助電源,PCB板也實現冗余.真正實現各功能模塊獨立,損壞任何一功能模塊都互不干擾.大大提高系統的可靠度、可用性.
l????????1+1并聯冗余,無須外加并聯卡：
臺達采用獨特的模塊化UPS并機技術,無須外加并聯卡或并機柜,可使模塊化UPS實現驚人的160KVA總容量,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、靜態旁路都沒有備份,一旦這些出現問題,就會引起宕機.而采用并機則可以雙重冗余,實現真正的模塊、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,使UPS減少了對電網的諧波污染,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：
針對UPS系統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提供高質量電源,C系列UPS采用先進的電池管理專家技術,可使電池時時都在維護人員及UPS的智慧管理當中,電池管理的主要內容為:
?????????具有均充/浮充自動轉換充電模式,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象.
?????????具有電池定期排程在線安全測試功能,無須任何監控軟件,在面板上即可操作完成.測試時整流器不關閉,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閉哪些不重要負載.保護核心負載.
?????????可根據負載的大小來調整電池的低壓關機電壓.
?????????充電電流/電池安時數/更換電池時間等均可以在面板上調整.
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%），適應供電環境惡劣的大部分地區使用，降低電池??的放電次數及損耗，延長電池使用壽命。
l????????輸出電壓穩定度高：
輸出電壓靜態調整率小于1%，0~100%負載急變時輸出電壓動態調整率小于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（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功率密度表現為相同架構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計為最佳。
l????????符合RoHs標準
公司一直以節能、環保愛地球為主理念，在緑色引領世界的今日，通過全面導入無鉛制程，高度重視綠色環保，我司產品不僅完全符合歐盟RoHs環保要求，更有部分指標優于歐盟標準。以下我列出的是臺達UPS的節能環保功能。
l????????新型節能降耗產品：
臺達C系列UPS將整機效率大幅提高至94%以上,且風扇可根據負載及溫度進行多段調速,輸入電流諧波小,減少線纜的損耗,減少輸入空開容量等,從細節能夠更好的滿足客戶的省電需求,同時響應國家的節能降耗的號召。
l????????具有標配緊急停機(EPO)功能：
標準配置緊急關機按鈕,可遠程/近端控制UPS,一旦有緊急事故發生,可以立即切斷輸入,輸出,電池等開關,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

?????本文內容針對于地鐵的通信系統內的電源子系統，通信系統的電源子系統為地鐵工程中使用UPS數量最大的系統，同時還有其它系統也有UPS使用需求，在信號系統，AFC系統以及BAS系統及屏蔽門等系統中都有不同容量的UPS需求，不同城市的地鐵工程電源系統的應用都有所差異，主要還是要看設計單位對整體系統的規劃和設計。
?????軌道交通的快速發展無疑緩解了城市交通的壓力了，促進了發展同時也代表了一個城市的形象。地鐵作為一個大規模的公共交通工具，對系統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固的交直流供電系統為宗指，憑借多年為各行業提供一體化的動力整合方案，在電源行業為用戶從認知到合作再到信賴已經走過16年的歷程，電源設備以質量精良為用戶所接受。公司有多年為地鐵行業服務的經驗，憑借動力整體整合方案和多項目綠色節能于一身的高質量UPS電源，已經為地鐵行業打造了多條堅固的供電系統，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備質量，提升設備技術水準，使產品的技術走在世界前列，更好的服務于用戶