地鐵通信電源系統(tǒng)交流配電屏改造方案的研究

邰貴華

摘要：鑒于地鐵老線JLP-380型交流配電屏，較為陳舊，設(shè)備的主監(jiān)控單元無法記錄歷史告警，部分車站告警模塊功能缺失，無法正常顯示告警，設(shè)備整體性能已經(jīng)處于非穩(wěn)定狀態(tài)，且該型設(shè)備目前已全面停產(chǎn)，采購備件存在困難，若發(fā)生故障，嚴(yán)重影響通信設(shè)備的正常運(yùn)行。經(jīng)研究分析，通過將老站的JLP-380型通信交流電源配電屏更換為鼎漢PDGL-30/380型交流配電屏，對(duì)交流配電屏和UPS進(jìn)行技術(shù)改造，提升通信系統(tǒng)的設(shè)備可靠度。

關(guān)鍵詞：地鐵;通信交流配電屏;技術(shù)改造

引言

通信電源系統(tǒng)承擔(dān)全線范圍內(nèi)所有車站、控制中心及停車場(chǎng)專網(wǎng)通信設(shè)備的供電，一般包括：交流配電屏、高頻開關(guān)電源、不間斷電源系統(tǒng)（UPS）和蓄電池組。它能保證通信設(shè)備在主電源中斷或發(fā)生波動(dòng)情況下，專網(wǎng)通信各子系統(tǒng)設(shè)備仍能正常可靠地工作。

交流配電屏主要為CCTV、時(shí)鐘、廣播、專用操作臺(tái)、無線固定臺(tái)、公安、公網(wǎng)、OA、供電專業(yè)、能源監(jiān)管系統(tǒng)的交流設(shè)備供電。由于老站交流配電屏設(shè)備老舊，配置相對(duì)簡(jiǎn)單，所使用的UPS也達(dá)大修年限。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，目前老站通信設(shè)備房設(shè)備取電的方式，存在以下風(fēng)險(xiǎn)：

1）：原交流配電屏設(shè)備存在老化、功能落后、備件采購困難、無法遠(yuǎn)程監(jiān)控等問題，當(dāng)交流配電屏的負(fù)載空開出現(xiàn)故障或者相關(guān)線纜出現(xiàn)故障，將不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)告警信息。

2）：通信UPS故障時(shí)，若不能切換至靜態(tài)/維修旁路，導(dǎo)致通信全部交流負(fù)載掉電，嚴(yán)重影響列車正常運(yùn)行。

為進(jìn)一步提高通信設(shè)備供電的穩(wěn)定性、可靠性，擬將老站的JLP-380型通信交流配電屏更換為鼎漢PDGL-30/380型交流配電屏。過程中需進(jìn)行舊機(jī)柜的割接移除至指定地點(diǎn)，并將原有全部負(fù)載接入新增交流配電屏，同時(shí)需進(jìn)行老站的UPS更換以及部分線纜的布放工作，滿足新UPS的接入需求。新增設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能以及UPS蓄電池監(jiān)控功能。

1 老站交流配電屏供電方式改造

由于需保證新交流配電屏安裝測(cè)試過程中，舊配電屏仍可正常工作，在設(shè)備房墻面上安裝一臺(tái)電源箱，將2路市電輸入電源箱，在電源箱分4路三相電輸出：2路固定輸出用于新設(shè)交流配電屏，2路臨時(shí)輸出用于既有交流配電屏，如圖1所示。

為實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能，具體步驟如下：

1）、檢查設(shè)備狀態(tài)，斷開舊配電屏交流負(fù)載設(shè)備、UPS及市電輸入

測(cè)試舊交流屏市電輸入1、2路電壓值并記錄;依次對(duì)各220V負(fù)載設(shè)備進(jìn)行正常關(guān)機(jī);斷開高頻開關(guān)電源380V交流輸入，并確認(rèn)傳輸、無線、電話系統(tǒng)在48VDC供電模式下工作是否正常;然后斷開舊交流配電屏各分路輸出空開，關(guān)閉UPS蓄電池空開、博微UPS關(guān)機(jī)、舊交流配電屏輸入1路、2路斷電;前往400V開關(guān)柜室，斷開通信1、2路電源開關(guān)，并驗(yàn)證。

2）、市電輸入線接至電源箱，電源箱分兩路接至新、舊配電屏

將舊交流配電屏上輸入1路、2路的電源線抽回接至壁掛式電源箱;將2路壁掛式電源箱連接舊交流配電屏的電源線接入新、舊交流配電屏2路市電輸入端子。

3）上電測(cè)試舊交流屏負(fù)載設(shè)備，新交流屏上電空載試運(yùn)行

前往400V開關(guān)柜室，閉合通信1、2路電源開關(guān)，并驗(yàn)證;打開舊交流配電屏2路市電輸入開關(guān)，并驗(yàn)證;UPS開機(jī);閉合舊交流配電屏各分路輸出開關(guān);依次對(duì)各220V負(fù)載設(shè)備進(jìn)行正常開機(jī);將高頻開關(guān)電源恢復(fù)至正常供電模式;驗(yàn)證各系統(tǒng)功能是否正常;對(duì)新交流配電屏進(jìn)行上電測(cè)試。

2 老站交流配電屏負(fù)載割接

1）400V輸出割接

對(duì)新交流配電屏進(jìn)行上電測(cè)試，并將公安和公網(wǎng)的380V三相負(fù)載接至新交流配電屏，通信專業(yè)及其它220V負(fù)載仍通過舊交流配電屏取電，具體步驟如下：

關(guān)閉舊交流配電屏的2路市電輸入開關(guān)，并確認(rèn)UPS已進(jìn)入蓄電池供電模式，且各系統(tǒng)負(fù)載工作狀態(tài)正常;打開新交流配電屏1、2路市電開關(guān);測(cè)試新交流配電屏各項(xiàng)功能。務(wù)必確認(rèn)交流屏ATS及維修旁路功能正常;將公安和公網(wǎng)負(fù)載接入新交流配電屏;與公安和公網(wǎng)確認(rèn)設(shè)備工作狀態(tài)是否正常。

2）220V輸出割接

①將站內(nèi)通信專業(yè)所有220V負(fù)載設(shè)備及高頻開關(guān)電源由舊交流配電屏遷出，接至新交流配電屏，具體步驟如下：

依次對(duì)各220V負(fù)載設(shè)備進(jìn)行正常關(guān)機(jī);斷開高頻開關(guān)電源380V交流輸入，并確認(rèn)傳輸、無線、電話系統(tǒng)在48VDC供電模式下工作是否正常;斷開舊交流配電屏各分路輸出空開;關(guān)閉UPS蓄電池空開、博微UPS關(guān)機(jī)、舊交流配電屏輸入1路、2路斷電;斷開壁掛式電源箱所有開關(guān)，并驗(yàn)證;將預(yù)敷設(shè)好的各220V負(fù)載系統(tǒng)及高頻開關(guān)電源線接入負(fù)載端的PDU或電源模塊接線端子;在新交流配電屏強(qiáng)制旁路條件下，先對(duì)時(shí)鐘系統(tǒng)上電，并驗(yàn)證其功能，驗(yàn)證完成后斷開時(shí)鐘系統(tǒng)負(fù)載開關(guān)，恢復(fù)交流配電屏正常模式。

②將蓄電池組從舊UPS上遷出，接至新UPS，并將新UPS接入新交流配電屏，啟用新UPS，具體步驟如下：

斷開蓄電池組與舊UPS的連接，并減少蓄電池組電池?cái)?shù)量后，將蓄電池組接入新UPS;將新UPS輸入輸出接入供電線新交流配電屏;依次閉合壁掛式電源箱、新交流配電屏1、2路市電輸入、新交流屏→UPS開關(guān)，對(duì)UPS進(jìn)行上電開機(jī);驗(yàn)證UPS各項(xiàng)功能;在UPS正常供電模式下，閉合新交流配電屏上各系統(tǒng)分路開關(guān)，并驗(yàn)證各220V負(fù)載系統(tǒng)工作狀態(tài);在負(fù)載全部接入的條件下，驗(yàn)證UPS蓄電池供電、電子旁路和維修旁路的功能。

③新交流配電屏和新UPS聯(lián)調(diào)，具體步驟如下：

驗(yàn)證新交流配電屏1、2路市電切換過程中UPS及負(fù)載是否會(huì)斷電;驗(yàn)證完成后，將新交流配電屏恢復(fù)正常工作模式;本地驗(yàn)證各系統(tǒng)功能是否正常;與網(wǎng)管工班通過網(wǎng)管終端確認(rèn)本地設(shè)備是否全部恢復(fù)正常工作;通過控制中心調(diào)度大廳終端驗(yàn)證本地CCTV、公務(wù)電話、專用電話系統(tǒng)功能。

改造后的設(shè)備原理及實(shí)物連接圖如圖2、3所示。新交流配電屏保持原有機(jī)柜上所有的供電空開，包含一級(jí)供電中的公網(wǎng)電源、輸出至UPS、輸出至高開、公安網(wǎng)電源、一路交流輸入、二路交流輸入、UPS輸出電源，還有所有原有的二級(jí)供電負(fù)載空開;主要由交流輸入配電電源、交流輸出配電單元、雙電源自動(dòng)切換開關(guān)裝置（ATSE）、監(jiān)控單元、故障告警裝置、防雷裝置、過壓保護(hù)等設(shè)備組成。輸入為兩路三相五線交流電源，經(jīng)雙路電源切換和一次配電可以確保系統(tǒng)三相平衡，且輸出為單相電源輸出，配電柜輸出端有斷路器等保護(hù)措施，并進(jìn)行二次分配，輸出至相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備。系統(tǒng)配置有監(jiān)控單元，可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)電源故障作告警狀態(tài)輸出，發(fā)出可聞、可視告警信息。

新的交流配電屏為9155系列UPS供電，原來的三路UPS輸出改為單路輸出，以符合將來南京地鐵的UPS更換需求。UPS 系統(tǒng)主要包括由整流模塊（REC）和逆變模塊（INV）組成的AC-DC-AC 變換主回路、由反向并聯(lián)的可控硅組成的旁路靜態(tài)開關(guān)、維修旁路空開Q3BP、輸出隔離變壓器和逆變靜態(tài)開關(guān)、蓄電池組以及輸入Q1/輸出空開Q5 等。空氣斷路器Q1 控制主路交流電源輸入，整流模塊將交流電源變成直流電源，逆變模塊進(jìn)行DC/AC 變換，將整流模塊和蓄電池提供的直流電源變換成交流電源，經(jīng)過隔離變壓器輸出。蓄電池組在交流停電時(shí)通過逆變向負(fù)載供電。輸入電源也可以通過旁路靜態(tài)開關(guān)從旁路回路向負(fù)載供電。另外，對(duì)負(fù)載供電不間斷而對(duì)UPS 內(nèi)部進(jìn)行維修時(shí)，可使用維修旁路開關(guān)Q3BP。其原理圖如圖4所示。

經(jīng)過改造，新交流配電屏通信電源供電系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①交流配電屏配置有保護(hù)裝置和顯示裝置，可以對(duì)過壓、欠壓、過流、缺相等故障進(jìn)行保護(hù)裝置以及顯示信息，同時(shí)交流配電屏有告警功能，能在交流電源停電、供電恢復(fù)、缺相時(shí)發(fā)出可聞可見告警信號(hào)，且能夠通過硬消音按鈕消除告警信號(hào)，故障消除后可以自動(dòng)恢復(fù)，并能儲(chǔ)存歷史記錄以便維護(hù)人員查閱。有效解決了原交流配電屏設(shè)備老化、功能落后、無法遠(yuǎn)程監(jiān)控等問題。

②UPS 采用帶輸出隔離變壓器的高頻雙變換結(jié)構(gòu)和全數(shù)字控制技術(shù)，輸出穩(wěn)定、潔凈、不間斷的電源，具備完備的網(wǎng)絡(luò)管理功能。

3 總結(jié)

通過對(duì)老站交流配電屏供電的風(fēng)險(xiǎn)及現(xiàn)場(chǎng)檢修困難進(jìn)行分析，并對(duì)老站交流配電屏的供電方式及負(fù)載割接提出改造方案及施工步驟。將老站JLP-380型通信交流配電屏更換為新建站點(diǎn)使用的鼎漢PDGL-30/380型交流配電屏，新增設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能以及UPS蓄電池監(jiān)控功能。確保電源設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，網(wǎng)管及現(xiàn)場(chǎng)人員快速定位故障點(diǎn)，有效提高了老站通信電源系統(tǒng)的可靠性，減少故障對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響。

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