廣州地鐵三號線屏蔽門控制UPS系統加裝自動旁路功能整改

一、系統簡介

UPS系統，即為不間斷電源系統，是一種含有儲能裝置、以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。三號線二期工程加裝后每站有3個控制UPS功率模塊（體育西路站6個），共18個站，57個控制UPS功率模塊。但自加裝工程完成以來，控制UPS系統故障頻發。

圖1" 三號線屏蔽門控制UPS系統主機及其功率模塊

三號線屏蔽門控制UPS系統使用馬來西亞PK的US9001系列UPS模塊，采用模塊化N+1的冗余備份功能。系統中的所有模塊均是并聯工作的，負載平均分配在每個模塊上，每個模塊擁有自己的一組元器件并獨立工作，每組元器件只需承擔整個負載容量的一部分，如果其中一個器件出現故障，也只影響這個模塊，而系統中的其它模塊將繼續工作。一旦其中一個模塊故障或被移走，剩下的模塊將繼續工作并立即自動地平均分擔負載。各個模塊通過通訊板相連。每個模塊有3塊7AH、12V的蓄電池提供內部電源，電池組裝入模塊內部里。

為保證UPS不間斷供電，控制UPS系統能夠進行在線式維修，并且在維修過程中不會對屏蔽門系統的正常運作做出影響。為此，控制UPS系統具有旁路功能，設置內置式自動旁路及內置式維修旁路開關。

整個控制UPS主機與一組共50個8.5AH、12V的蓄電池連接，當市電失電或電壓波動超UPS限定范圍時，轉由電池組供電，直到市電恢復正常。電池組耗完容量后會自動跳到市電回路供電。

二、工作原理

三號線屏蔽門UPS系統工作原理如下：當市電正常供電時，市電通過變壓后向控制UPS系統供電，經UPS系統整流穩壓后，向上、下行屏蔽門控制回路電源模塊供電，而上、下行屏蔽門控制回路電源模塊分別給上、下行110V直流電源模塊、MMS監控主機供電。而110V直流電源模塊再分別向下面4組控制回路（屏蔽門自動模式、安全回路、PSL模式、IBP指令回路）供電。

圖2" 三號線屏蔽門控制UPS系統原理圖

市電向UPS系統供電的同時，還通過充電機向與控制UPS主機連接的蓄電池組充電。系統具有對蓄電池限流充電、過放電保護等功能。當市電失電或電壓波動超UPS限定范圍時，轉由電池組供電，直到市電恢復正常。

三、存在問題

雖然三號線屏蔽門控制UPS系統具有整流穩壓、不間斷供電等優點，但仍存在一定問題。僅今年以來，三號線共發生3起因控制UPS系統故障導致屏蔽門出現無法聯動列車開關門的故障，嚴重影響日常運營。

①控制UPS系統內置自動旁路功能，可以在UPS模塊故障時自動切換至旁路，由市電或蓄電池組向系統供電。但當控制UPS主機故障時，由于旁路功能內置于主機內，主機故障死機時導致系統無法切換至旁路功能，使得屏蔽門控制回路市電，造成故障影響進一步加劇。

②當市電電壓不穩時，容易導致控制UPS系統的輸入總開關誤跳閘，此時雖然可切換至蓄電池供電，且恢復簡單，影響不大，但當蓄電池電能耗盡，或者同時多站誤跳閘或一段時間內數次誤跳閘，將對屏蔽門系統正常運作帶來嚴重隱患，同時亦給維修人員帶來極大的工作壓力。

由于控制UPS系統是屏蔽門系統的重要組成部分，UPS系統出現故障將直接影響屏蔽門正常運作，我部經過對上述問題的討論分析，研究了整改方案。

四、改進方案

由于三號線現有的控制UPS系統自帶的旁路裝置無法在系統完全死機的情況下轉至市電輸入，無法滿足實際生產所需。針對上述三號線屏蔽門控制UPS系統存在問題，我部對其系統的工作原理進行分析，設計了在控制UPS系統完全死機或無法輸出的情況下轉至市電輸入的自動旁路系統。如下圖所示：

圖3" 三號線屏蔽門控制UPS系統加裝自動旁路裝置原理圖

該裝置能在控制UPS系統死機無輸出的情況下，自動轉為市電供電。控制UPS系統正常情況下，KA和KM1繼電器得電，KM2失電，KM1常開觸點閉合，KM2常開觸點打開，屏蔽門控制回路由控制UPS系統供電;當控制UPS系統故障導致無輸出時，KA和KM1繼電器失電，此時KM2得電，KM1常開觸點打開，KM2常開觸點閉合，屏蔽門控制回路轉為市電直接供電。現場安裝效果如下：

圖4" 市橋站加裝后的屏蔽門控制UPS系統自動旁路裝置

該裝置具有以下優點：

①自動旁路功能主要由接觸器實現，切換時間短，當控制UPS系統故障時能快速切換至旁路，由市電輸入，保證屏蔽門系統穩定供電。

②自動旁路裝置使用材料簡單，成本較低，安裝簡單。整個裝置與原系統僅有6點相連，可在白天完成裝置接線，待晚上運營結束后在控制UPS系統上接線安裝，安裝需時短，不影響翌日運營。

③自動旁路裝置工作原理簡單，方便理解，可通過觀察KA接觸器是否亮燈即可判斷控制UPS系統是否旁路至市電輸入，方便日常檢修。

不足之處及改進措施：

雖通過上述方案，使控制UPS系統故障得以控制，并大大減少控制UPS系統故障對運營的影響，但由于加裝的自動旁路裝置采用的接觸點及硬線連接的結構，切換時間較長（gt;100ms），使得屏蔽門系統控制回路供電會有一瞬間中斷。存在引發下級控制回路故障的可能性。

目前我部正與UPS電源廠家協商，探討三號線屏蔽門UPS系統改造的可能性，其中討論了將UPS系統自動旁路裝置改為STS靜態轉換開關，所有切換都是快速的完成（lt;8ms），主備電源之間不會產生沖擊電流，保證屏蔽門控制系統電源穩定輸入。

五、總結

針對三號線屏蔽門控制UPS系統旁路功能問題，我部設計并實現了自動旁路功能裝置，使得在控制UPS系統故障無輸出的情況下，自動切換至市電輸入，保證了三號線屏蔽門控制系統電源的穩定輸入。