地鐵專用通信電源系統設計與應用

俞悅

摘要：隨著地鐵通信的快速發展，現代化的通信設備對通信電源系統提出了更高更穩定的要求，因而專網電源系統不僅需要為專網通信電源不間斷供電 ，還要保證系統的可靠性及實際功能需求。本文根據實際現場地鐵通信設備供電需求，設計了一套由交流配電屏、高頻開關電源、UPS及蓄電池組構成的專用通信電源系統。

關鍵詞：地鐵通信;電源系統;蓄電池組

1.地鐵專用通信電源系統技術要求

地鐵專網通信電源系統一般包括：交流配電屏、直流供電系統、不間斷電源系統（UPS）和蓄電池組、接地防雷系統、集中監控系統。當發生交流電中斷或電壓不穩的情況下，確保通信專網及其子系統仍能穩定可靠地工作，不出現電源中斷的情形，通信電源系統將承擔地鐵全線范圍內所有車站、控制中心、車輛段及停車場專網、公網通信設備的供電。

隨著地鐵交通的飛速發展，通信設備大量增加，同時也不斷更新換代，通信電源系統也發生了革命性的躍變，主要體現在：標準的制（修）定、供電系統可用性的提升、供電方式的完善、技術裝備水平的提高、維護方式的變革以及集中監控管理的實施等。電源系統不僅要為通信設備輸送正常的能源，而且要消除電網對設備的損害，保證供電質量。以南京地鐵4號線為例，設計需要滿足：

1.1安全性能

電源通過交流配電屏由變電所引接雙電源、雙回路的交流電源，采用按一級負荷供電。當使用中的一路供電出現故障時，可以實現自動切換至另一路。而交流電輸出在實際工程中，都需要經過不間斷電源設備（UPS），實現可靠的、穩定的、無間斷供電，防止設備突然斷電。在直流供電系統中，通常采用整流器與高開蓄電池并聯浮充供電方式。

1.2功能要求

18個車站和車輛段的通信設備需要提供交流電源（AC 220V）和直流電源（基礎電壓為DC -48V），控制中心同樣也需要配置交流電源和直流電源為中心通信設備提供電源，同時控制中心還需要配置電源網管，實時監控全線所有電源設備的運行狀態及故障告警信息。所有交流輸入均由變電所引接，并為UPS及高頻開關電源供電。220V用電設備是通過交流配電屏一次輸出，經過UPS電源輸出純凈的交流電后，再經交流配電屏二次分配給需要交流供電的設備，直流設備供電是通過交流配電屏一次回路后經過高頻開關電源的整流單元輸出的-48V直流電源。同時UPS電源和高頻開關電源都配備蓄電池組，在交流電源停電時，蓄電池組可以反向為UPS和高頻開關供電，實現不間斷電源的穩定輸出。

2.專用通信電源構成及實現

南京地鐵4號線專用通信電源系統涵蓋全線范圍內所有車站、控制中心及車輛段，為全線通信專用設備供電。在正線車站、車輛段通信設備房里分別放置1套交流配電屏、1套UPS電源設備（含UPS蓄電池）和1套高頻開關電源（含高開蓄電池），在控制中心通信設備房里放置1套交流配電屏、2套雙機并行UPS電源設備（含UPS蓄電池）和1套高頻開關電源（含高開蓄電池）。

在每個站點的高頻開關電源內，均安裝智能集中監控模塊，采集所有電源設備運行信息和環境監控信息。智能集中監控模塊配置有以太網模塊提供RJ45接口連接至以太網通道，把相關設備信息通過傳輸系統傳送至控制中心。在控制中心配置1臺交換機，通過RJ45口與以太網連接，其余接口分別連接監控終端主機，做為集中監控終端設備對整個系統進行監控，可接受時鐘系統的時鐘信號做為標準時間，并發送系統報警信息給集中報警系統。

南京地鐵4號線電源系統結構圖如下：

2.1蓄電池維護子系統

蓄電池單體監測及維護子系統是由18個車站和靈山控制中心、青龍山車輛段、靈山綜合通信網，合計21個站點組成，根據每個站點配備不同的蓄電池數量及型號，配制相應的檢測子系統和維護子系統。每個站點設備配備檢測子系統和維護子系統的主體設備配備的DB9可以與訪站點的交換機互聯，通過以太網，傳輸運行數據。每個站點安裝硬件“檢測子系統”和“維護子系統”，并配置一個4口串口服務器，在靈山監控中心配置一套“管理子系統”，形成多個站點模塊統一監控。檢測子系統與維護子系統具備標準的RS232接口，該端口使用TCP/IP協議，DB9孔-RJ45接入串口服務器，RJ45串口服務器接入以太網實現通信傳輸。靈山控制中心配備數據庫對21個站點VRLA進行集中監控實現集中告警預警功能。系統構成圖如下：

2.2 控制中心電源系統構成

以控制中心為例，說明一下通信電源系統設計思路。

控制中心設置交流不間斷電源設備（UPS）、交流配電屏、高頻開關電源、蓄電池組（含電池架）及電源監控管理系統設備。

控制中心UPS電源系統采用雙機并聯方式，后備時間2小時，正常運行時兩臺UPS電源分別帶一套蓄電池組，當其中一臺UPS故障時，可手動將故障機的蓄電池組切換至另一臺正常運行的UPS電源，實現兩套蓄電池組為一臺UPS電源提供后備電源。

（1）UPS蓄電池組的配置

控制中心UPS 電源的蓄電池組按一套考慮，采用12V全密封免維護膠體蓄電池。蓄電池容量計算方法統一采用《YDT 5040-2005》標準中規定，此方法可以換算出在國標C10標準下的蓄電池容量。

式中：

Q——蓄電池容量（AH）;

K——安全系數，一般取1.25左右;

I——負荷電流（A）;

T——放電小時數（h）;

η——放電容量系數，根據放點小時數為2，查詢蓄電池容量系數標準取0.61;

t——實際電池所在地最低環境溫度數值，所在地有采暖設備時，按15℃考慮，無采暖設備時，按5℃考慮。

α——電池溫度系數（1/℃），當放電小時率≥10時，取α=0.006;當1≤放電小時率<10時，取α=0.008;當放電小時率<1時，取α=0.01。.

UPS電池的總容量，應按UPS容量，采用式（2.2.2）估算出蓄電池的計算放電電流I，再根據式（2.2.1）算出蓄電池的容量。

式中：S——UPS額定容量（VA）;

I——蓄電池的計算放電電流（A）;

?——逆變器的效率;

U——蓄電池放電時逆變器的輸入電壓（V）（單體電池電壓1.85V時）。

說明：《YD-T 5040-2005》標準中要求逆變器的輸入電壓（V）是蓄電池單體電池電壓1.85V時的直流電壓，則29節1組的蓄電池組的逆變器輸入電壓為：1.85V×29節×6=321.9V，其中29為12V電池節數。6為每個12V電池內部有6個2V單體電池。

在控制中心設備室配置KR/B3330型UPS電源，該機型為三進三出，雙機并聯，單機額定容量為30KVA，UPS電源蓄電池后備時間為2小時。本方案采用雙機并聯共用電池組，即只需配置1臺設備按30KVA滿載2小時的后備時間計算蓄電池，另外一臺共用此套蓄電池。

選用一套58節（2組29節蓄電池并聯）HAZE牌HZY12-200型蓄電池（容量為200AH），滿足后備時間2小時。

（2）高頻開關電源電池組的配置

根據要求，控制中心的直流電流為200A，包括了電池的充電電流0.1C。

由Q≥KIT/η[1+α﹙t-25﹚] ，由公式I負載+I電池=200A得，

（K×I負載×T/0.61[1-0.008（15-25）]）×0.1+I負載=200A，得出負載電流 I負載=138.4A。

再由公式K×I負載×T/0.61[1-0.008（15-25）]=1.25×138.4×2/0.61×[1-0.008（15-25）]=616.6Ah。

因而配置2組，每組24節HAZE牌HZY2-375（容量為375AH），型號電池可滿足要求。

3.結束語

專用通信電源系統承擔著地鐵全線范圍內所有車站、控制中心、車輛段及停車場專網、公網通信設備的供電，為了保證整個系統的可靠性，需要對電源系統進行統一監控、集中管理。本文就南京地鐵4號線為例，提供了一個專網電源設計的案例，當然肯定存在不足，但是可以為其他專網通信系統集中監控管理提供一定的參考。

參考文獻：

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