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关于城市轨道交通弱电系统综合UPS供电设计方案探讨

来源:wdwcms.com 时间:2019-11-04 编辑:生活故事

城市轨道交通工程具有各种各样的弱电设备和庞大的系统。例如通讯(包括私人,民用,公共安全,记录,广播,CCTV,时钟,PIS),信号,AIS(综合监控),BAS(车站设备监控),FAS(自动火灾警报),AFC(自动检票) ),ACS(访问控制),SCADA(电源监控),屏蔽门/安全门控制和驱动电源,变电站运行电源,低压开关柜控制电源,MCC机柜控制电源,办公自动化(OA)和其他弱电当前系统均由UPS供电。为了降低投资成本,节省能源并方便运营和维护,从21世纪末开始,中国的各个城市的城市轨道交通项目已逐渐由原来的分布式UPS电源逐步集成到集中式UPS电源方法中。

1.弱电流系统UPS集成方案分析

屏蔽门/安全门驱动电源主要基于门机,属于电动机负载。每次开/关门时,都会有较大的浪涌电流,这会对UPS逆变器造成影响,并且浪涌电流很容易导致其过载或旁路。因此,家用地铁屏蔽门/安全门驱动电源一般由具有强抗浪涌能力的工频机供电。选择屏蔽门/安全门驱动电源时,应充分考虑UPS的负载率。建议为30%-40%。

变电站的大多数工作电源都使用直流电,并且可以离线运行。通常,市电经过整流后可以为直流电供电,电池处于浮动状态,并在发生故障时放电。 UPS输出为交流电,并且两个电源输出系统不同,因此难以合并系统。因此,一般的变电站工作电源是单独设置的,不包含在UPS集成方案中。

信号系统是保证列车运行安全,使交通指挥和列车运行现代化,提高运输效率的关键系统设备。如果信号系统在正常运行期间发生电源故障,将采用站间电话闭塞方法,并且由驾驶员,交通调度员和车站服务员使用专用的通信方法来完成火车的组织。此外,为了提高安全性和可靠性,停电后,信号系统(如庞巴迪)的互锁轴计数部分会出现红色带。该信号不能自动复位,必须手动清除。基于以上两点,建议将信号系统与通信系统电源分开,UPS应单独设置,不包括在UPS集成方案中。在信号系统设备中央站和区域站中,建议使用1 + 1并行系统。在非设备集中站中,建议使用独立系统。

根据以上分析,建议除了变电站的电源,屏蔽门系统的驱动电源和信号电源以外,还可以集成其他弱电流系统的UPS。上海地铁已经发布《上海城市轨道交通网络建设标准化技术文件弱电系统UPS电源整合设计指导意见》,该指南明确建议地铁弱电流系统的电源采用UPS集中供电。

2.全面的UPS电源系统程序分析

集中式电源的优点是显而易见的,但是存在关闭所有系统电源的风险。在确保每个系统的可靠性和可维护性的前提下,如何进行UPS集成是设计院与地铁运营之间的突出问题。在深圳地铁项目的第二阶段,集成式UPS电源系统方案如下:

从深圳地铁4年以上的应用经验来看,该电源解决方案存在以下三个问题:

1)UPS主线与静态旁路相同。

当UPS逆变器IGBT或驱动板出现故障时,将导致相间短路,从而导致ATSE输出开关跳闸,从而使主电路和静态旁路同时掉电。 UPS发生故障后,UPS可以自动切换到旁路模式。由于静态旁路导致的功率损耗,导致功率损耗。

2)UPS末端的弱电流设备由单个电路供电。

(1)未满足《地铁设计规范》GB-2003,[x]的相关要求:“应根据一级负载提供地铁通信设备。当变电站将双电源双回路交流电源连接到通讯室的交流配电面板,当一个电路出现故障时,它应该能够自动切换到另一个。

(2)电源线较长,一旦出现问题,很难在短时间内恢复设备的电源。根据美国大型数据中心的行业统计,UPS输出电源系统故障的79%来自UPS输出与负载之间的电源线故障。

(3)UPS智能输出配电柜的维护和保养困难。 UPS智能输出配电柜中有许多控制元件,负责分配20多个弱电系统的电源。一旦由于维护和故障而切断电源,将导致通信,全面监控和票务系统瘫痪,影响更大。

3)维修UPS中双电源开关装置的故障很困难。

当传入的双电源开关设备出现故障时(系统卡住时),UPS的主电源和旁路电源都将断电,并转换为电池电源模式。由于电池供电时间有限,因此有必要控制双电源的维护时间。如果无法及时检测到一对电源的故障,则可能由于电池电量耗尽而导致负载损失。

因此,如何避免单节点故障是设计弱电流集成式UPS系统的关键。提出以下最佳设计方案。

本设计方案通过分离UPS主旁路的方法,解决了主路与静态旁路同源的问题;通过UPS旁路电源从双电源终端取电,配电箱单独设置为解决问题。双电源维护问题;末端负荷加旁路的方法解决了终端弱电设备单回路供电问题,解决了ups单系统ups主机系统的隔离和维护问题。因此,综合ups供电系统的冗余度大大提高,可靠性和可维护性大大提高。

三.集成的UPS独立和并行选择

为各地铁线路上的所有车站、车辆段、停车场、控制中心和数据中心设计综合UPS系统。由于ups系统的可靠性设计与负载的重要性密切相关,因此,ups系统的单机与并联的选择实际上是基于系统对供电可靠性要求的判断。在发生故障时,UPS独立系统将自动切换到旁路电源。但是,当UPS内部出现严重故障时,自动旁路功能可能会被禁用。因此,独立式ups的可靠性是有限的。如果采用ups1+1并联方式,正常运行时,两台ups主机分为负载,当一台ups主机故障时,另一台ups主机承担全系统负载。ups系统的两台ups主机相互备份。与单机相比,1+1并联机床的系统可靠性大大提高。

控制中心UPS负责全线通信系统、综合监控、OA系统、安防系统等核心设备的供电。一旦停电,将导致无法使用全线公务电话、有线专用调度电话、无线手持台、无线电台、AIS系统、监控与数据采集系统、BAS系统、OA系统、安防系统,严重影响行车安全和行车安全安全性。因此,控制中心ups的重要性远远高于车站综合ups。建议采用并联系统。

数据中心设有多个系统服务器和交换机,负责票务数据、能源数据、管理数据、资产和物资数据的存储、查询和分析。在国内外数据中心机房,绝大多数用户都会选择1+1并联供电方案。建议在其他车站的综合ups系统中采用单机系统。

4。后备电池配置方案分析

蓄电池是ups系统的重要组成部分,是保证供电系统正常运行的最后保证。从目前深圳地铁ups系统的配置来看,电池占系统总投资的40%以上。合理选择电池配置方案,可有效延长使用寿命,延长更换周期,从而降低运行成本,节约能源。

1)并联电池的合理配置

为了提高电池供电的可靠性,多节电池并联被广泛应用。

并联电池在恒定电压下充电:I=I1+I2。实际上,两个电池的电流是不相等的。这是因为电池在使用过程中,单个电池的物理结构和电解液密度不同,导致每个电池的内阻不同。电池组由多个电池串联而成,每个电池的不平衡累积成电池组的不平衡。如果一组电池内阻小,则I1>;I2,该组电池充电电流大,电池温度升高,高温电池电解液内阻小,这进一步增加了充电电流。这种运行方式造成了恶性循环,这是电池组并联运行无法克服的致命缺陷。

因此,建议一个系统只配置两组电池,一组电池分配给一个并行系统。每套电池的容量可按总备用容量的50%设计。

2)合理控制电池容量

集成式ups系统的电池容量是根据不同的负载功率和后备时间来计算的。

从深圳地铁的实际使用情况来看,电池配置容量远大于实际负载容量,一般负载率在10%至15%之间。这是因为在设计阶段,各个设备制造商并未认真计算和验证设备的功率,导致UPS的备用时间超过8小时,严重浪费了UPS主机容量和电池容量。后续经验建议单机UPS的最大负载通常为UPS容量的50%至60%,并行UPS的最大负载通常为UPS容量的30%至40%。容量受到合理控制。

5.配置成熟的监控系统

地铁一体化UPS分布在沿线的各个车站,分布比较分散。因此,有必要使用完整的监视系统来实时监视和管理集成UPS系统的整个生产线。主要实现以下功能:

1)当前数据查询。它可以查询设备的各种当前运行数据和当前告警数据。

2)故障报警通知。

3)实时监控机房环境,包括温度,湿度,烟雾,访问控制,洪水等。

4)方便的报告查询功能,可以提供设备报警报告,运行数据报告和运行记录报告。

6.结论

随着城市轨道交通的迅猛发展,弱电系统的集成式UPS已被广泛使用。从使用和维护的角度出发,综合考虑运营和维护风险,总结集成方案,电源系统解决方案,冗余,电池配置方案,监控系统等方面的经验,并不断改进,即可使UPS电源集成弱电系统的供电方案得到较广泛的认可。

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