UPS供電系統在城市軌道交通中的應用與維護

劉裕林

摘要：近年來，城市軌道交通發展迅猛，各機電系統是軌道交通運營指揮、企業管理、服務乘客和傳遞信息的平臺，保證列車安全高效運營，為乘客提供高質量的服務。其中供電設備的可靠性就成了重中之重，市電電網中接有各種各樣負載，對電網造成干擾和污染，惡化供電質量，影響負載的正常運行。UPS供電系統的建設目的，是通過UPS供電系統給機電系統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。文章主要分析了UPS供電系統在城市軌道交通中的應用與維護，以供參考。

關鍵詞：UPS供電系統;軌道交通;應用;維護

引言：不間斷電源，是將蓄電池（多為鉛酸免維護蓄電池）與主機相連接，通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉換成市電的系統設備。主要用于給設備提供穩定、不間斷的電力供應。在軌道交通行業有著十分重要的應用。

1不間斷電源概述

不間斷電源UPS大致分為以下四種：

1.1在線式（online）UPS電源

在線式UPS的特點是：無論電網交流電壓正常還是中斷，UPS的逆變器始終處于工作狀態，并向負載提供全部所需電能。

1.2后備式UPS電源

在電網供電電壓正常時，負載始終由電網直接供電。只有當電網供電中斷或不正常時，才由UPS中的逆變器將蓄電池儲存的直流電逆變為交流電向負載供電。

1.3在線互動式UPS電源

在線互動式UPS電源也稱準在線UPS電源，其蓄電池充電由具有雙向逆變功能的逆變器工作在整流狀態來實現。

1.4Delta變換式UPS電源

在Delta變換式UPS電源中，電網電壓經串聯的補償電壓補償后再向負載供電，可向負載提供較高質量的電源，補償電壓來自Delta變流器交流輸出端輸出變壓器的二次線圈。

2 冗余備份的供電方式

軌道交通各機電系統用UPS是以冗余備份方式工作的。從冗余配置方案看，有以下方式：主從型熱備份供電方式;直接并機冗余供電方式;雙總線冗余供電方式。

（1）主從熱備份供電方式：熱備份冗余方式為兩套UPS串聯切換。正常運行時，只有主UPS給關鍵負載供電，而另一臺處于空載狀態，如果主UPS有故障不能運行，它就切換到旁路，而備用UPS在過了大約2～8ms后自動接替工作。這種結構價格經濟，但有許多單點故障。如果主UPS出了故障，另一臺必須接替全部負載，意味著在約8ms內，另一臺必須把供電從0增加到100%，此方式缺陷在于備用UPS長期處于空載狀態，其電池壽命會縮短、容量會下降，且備用UPS得具有階躍性負載承載能力，無擴容能力。由于人們很難實時了解備用UPS各部分有無故障或隱患，當要啟動備用機時，可能就無法正常工作了。

（2）直接并機冗余供電方式：n+1型UPS冗余并機供電方案是在確保各臺UPS單機的輸出處于電壓幅度相同，輸出頻率和相位相同條件下，將n+1 臺具有相同輸出功率UPS單機的輸出端并聯起來，共同向具有n臺UPS單機輸出功率的負載供電。正常工作時，由n+1臺UPS平均分擔負載電流，當某臺UPS出故障時，在并機控制信號調控下，在將故障UPS自動脫機的同時，由剩下n臺UPS繼續供電。

（3）雙總線冗余供電方式：在UPS供電系統中，輸出端與負載間配有配電柜、斷路器等，若碰到檢修或產生故障等，上幾種配置形式將引起負載停電，即系統的故障率雖降低，但可維護性并沒徹底解決。因此，可采用雙總線冗余配置，此方案中分別設有UPS系統1和UPS系統2兩套系統。在軌道交通中，各機電系統采用雙總線冗余供電方式來增加系統的穩定性和可靠性，消除可能出現在UPS輸出端與最終地鐵用戶負載端之間的單點瓶頸故障隱患，提高輸出電源供電系統的容錯功能。

3 UPS的實際應用

在城市軌道交通機電系統中，UPS設備在車站、車輛段和控制中心都有應用。通信系統在車站設2套，為專用系統UPS和公共設備UPS，在控制中心設1套為中央級設備供電，在車輛段設1套為培訓維修及交換機等設備供電;車站信號系統采用較大容量UPS，控制中心和車輛段較小容量UPS;綜合監控系統由設備監控、防災報警和電力監控3個子系統組成，一般車站主控設備室設1套，控制中心設1套為綜合監控系統設備供電，設1套為大屏幕設備供電，在車輛段設1套;在車站設BAS、AFC、PIS的UPS設備，車輛段設置BAS的UPS設備;在車站屏蔽門控制室設1套UPS。

UPS供電有分散與集中供電兩種。在城市軌道交通供電系統中集中供電方式成為趨勢。集中供電整體成本比分散供電成本低，隨著UPS容量增加其單位容量成本是降低的;集中供電可靠性遠遠大于分散供電，大容量UPS的可靠性高于中小容量UPS;集中供電便于安裝維護與管理，分散供電需要安裝空間多，布線缺乏規劃等，集中供電系統可以通過后臺監控軟件在一臺PC上對UPS統一監控和管理，而分散供電達到相同效果投資更大。在深圳3號線已采用集中供電方式，很多在新設計的線路也在采用集中供電的方式。但屏蔽門系統有許多電機性負載，啟動時會有較大沖擊電流，對UPS逆變器產生沖擊，會產生過載或轉旁路，所以一般建議單獨供電。

UPS容量根據負載總容量確定，一般可以按下列公式選擇：UPS容量≥負載容量/0.8，即負載容量為UPS額定容量的80%以下，選擇80%負載主要是考慮負載啟動沖擊電流以及今后擴容需要。在配置ups蓄電池時要注意，由于UPS通常采用大量電池組為備用電源，電池多、重量重，在設計房間要關心載荷的計算，用戶可根據所需的UPS容量計算出電池的型號和重量，在機房籌建裝修時與建設方或設計方提結構承重加固事宜或采用零散架等，如果UPS容量很小就不必考慮了，安裝時必須要考慮到UPS系統安裝地板的承重，UPS電池柜最好裝在地面樓層或載重梁處。

4 UPS供電系統的維護

4.1 UPS主機的維護

UPS主機是整個UPS系統的心臟，為了提高UPS系統的運行穩定性、供電可靠性，對UPS電源主機功能維護尤為重要：

（1）經常檢查各種自動告警和自動保護功能均應正常;經常檢查設備工作和故障指示是否正常。

（2）定期進行UPS系統各項功能測試，檢查其逆變器、整流器的啟停、UPS與市電的切換等是否工作正常。

（3）定期查看UPS主機內部的元器件的外觀是否正常，發現異常現象應查明原因及時處理。

（4）定期檢查UPS各主要模塊和風扇電機的運行溫度有無異常，經常保持機器清潔，定期清潔散熱風口、風扇及濾網。

（5）定期檢查主機、蓄電池組、配電部分引線及接線端子的接觸情況，檢查饋電母線、電纜及軟接頭等各連接部位的連接是否可靠，并測量其壓降和溫升是否符合要求。

4.2 UPS蓄電池的維護

（1）經常檢查蓄電池的清潔、單體電池兩端的電壓、電池溫度;電池之間連接處有無松動、腐蝕現象、壓降是否符合要求;電池外殼是否完好、有無外殼變形和滲漏;極柱、安全閥周圍是否有酸霧溢出。

（2）UPS系統使用的閥控式密封蓄電池，在市電供電質量高、很少發生停電的使用環境中，蓄電池長期處于浮充電狀態，時間長了就會造成電池化學能與電能相互轉化的活性降低，加速老化而縮短使用壽命。因此，UPS蓄電池應適度做一些核對性放電試驗，放電時間可根據蓄電池的容量和負載大小確定，一般放出額定容量的30%～40%;對于單體2V的電池，每三年做一次容量試驗;使用六年后，應每年做一次容量試驗;對于單體6V及12V的電池，應每年做一次容量試驗。一次全負荷放電完畢后，按規定再充電8小時以上。

（3）蓄電池自檢參數應每季度記錄一遍，如有UPS系統可提供詳細的數據，可作為核對性放電試驗參數，以此作為電池狀態的定性參考依據。

5 結語

總之，城市軌道交通工程是百年工程、民生工程，合理采用UPS的結構與供電方式將對軌道交通機電系統的安全性、經濟性產生較大影響。

參考文獻：

[1]梁明暉.UPS在軌道交通中的應用[J].通信電源技術，2019（2）.

[2]劉卡丁.弱電系統后備電源整合與智能化計時管理[J].城市軌道交通，2020（11）.