台达UPS地铁弱电系统解决方案

1、台达UPS铁弱电系统解决方案地铁弱电系统应用在地铁的车站、车辆段、停车场、控制中心等场所，包括通信、信号、综合监控(电力监控PSCADA环境与设备监控BAS火灾自动报警FAS门禁 ACS自动售木票系统AFC乘客信息系统PIS、屏蔽门、变电所直流操作、应急照 明等部分， 系统一般由计算机、 网络设备及自动化控制设备组成， 用电为一级负荷， 因此需要高可靠性的后备电源进行不间断供电，以保证供电质量和供电连续性。屏蔽门驱动电机、变电所直流操作以及部分通信设备分别用到DC110V DC220VF口 DC-48V 电源，一般由专门的直流电源独立供电。应急照明一般为交流感应式的负载，分布在整个车站范围内，

2、点多面广，多采用EPS供电。剩余的通信、信号、电力监控、环境与设备监控、门禁、火灾报警、自动售检票、乘客信息、屏蔽门网络控制等系统均为计算机和网络设备等容性负载，需要AC380/220V 电源，最适合采用 UPS系统进行供电。由于地铁运营环境及其设备的特殊性，一般要求提供电源的UPS系统满足下列要求： 1. 可靠性强， 能适应地下运行环境， 以确保车站各弱电系统设备全天候、稳定、可靠地运行； 2. 绿色环保，避免污染电力环境及自然环境； 3. 安全性高，保护全面，不易造成人为设备故障，不会威胁人身安全； 4. 便于近、远端管理， 有标准的通讯接口及开放的通讯协议； 5. 尽量采用集中式供电，

3、综合利用各种资源。目前，轨道交通 UPS电源整合是一个发展趋势，全国各地地铁新建线路都 在进行UPSS合工作，因为这样更有利于资源的综合利用，更有利于设备的专业化 维护与管理，同时也有利于节省机房使用面积。应用领域交通地铁方案内容根据地铁应用环境对 UPS系统的具体要求，我们选用由台达NT系列UPS(12P卜 中达电通DCF126系列蓄电池和中达电通智能配电柜组成的双电源输入、双母线架 构、共享电池组、负载分时供电的集中供电组合方案。该方案的系统示意图如下：系统中的两台UPS&t相等，互为备份，彼此通过两根相互冗余的通讯线相连， 使它们的相位始终同步，确保后面的 STS切换顺畅。该系统有下列特

4、性符合地铁应用环境的需求 ：1 .可靠性强，适应地下运行环境。如：UPS耐温、湿度范围宽，抗外界干扰能力 强，输入电源的电压和频率范围宽，输出电力品质高，全桥逆变加隔离变压器对负 载适应性强，内部重要线路冗余备份，容错能力强，单机MTBF达30万小时等。而双母线架构对负载又有了双重保障。2 .UPS低谐波，高效率，低辐射，低噪音等特性体现了绿色环保、对电力环境及自然环境污染少的特性。3 .UPS符合CE TUV IEC等安全标准，具有过温、过载、短路、误操作、电池 漏夜等保护功能，并且有近、远端的紧急关机功能，安全可靠，不易造成人为设备故障和人身安全威胁。4 .UPS配备大型中/英文图形化LC

5、D显示，以及RS232 RS485 20选6的智能 干接点以及供选购的SNMP MODBUS等，并有开放的通讯协议提供，便于近、远端 监控管理。对于本方案可将 UPSffi控纳入综合监控系统（ISCS）,与综合监控系统FE P 接口，实现对电源的统一监控管理。5 .本方案在每个站点配置一台大功率的UPS中供电，可使负载综合利用电力资源。同时，共享电池组和分时供电的方式也是综合利用资源的一个具体体现。技术路线UP於量选择由UPS中供电的负载情况表可知，车站、车辆段、停车场和控制中心的负载 量依次为：126KVA 103KVA 74KVAft 126KVA这些负载都是电脑性的，输入功率 因数一般为

6、0.7，小于UPS的输出功率因数0.8 ,选择UP吩量时应当按VA值来计 算。为了确保UPS长期安全可靠地运行，负载量一般设定在UPS定容量的60%-80%。所以车站、车辆段、停车场和控制中心应分别配置160KVA、 160KVA、 100KVA和160KVA的UPS它们的负载量最大能达到单台 UPS的78% 64% 74骑口 78% 符 合系统可靠性的要求。电池配置计算本方案采用UPS#享电池组方案，并且市电停掉后要分时供电给负载。以车站 为例：有40KVA的负载后备2小时，46KVA的负载后备1小时，40KVA的负载后备 0.5 小时。基于电池的放电特性，若采用分时间段（ 竖直分 ）计算法

7、，结果会比实际的配置偏大；若采用分功率段（ 水平分 ） 计算法，结果会比实际的配置偏小。这里采用分功率段 （ 水平分 ） 计算法计算，然后再将结果进行修正。计算过程如下：P（W） 电池提供总功率P（VA） 负载标称容量（VA）Pf负载输入功率因数n UPS逆变转换效率Pnc 每只电池需要提供的功率n UPS 配置的电池数量N 单颗电池的 cell 数P(W)=P(VA)x Pf/ nPnc=P(W)/(n x N)6 .40KVA 2 小时：P(VA)=40KVA负载输入功率因数 Pf弋0.7逆变器效率=0.95 n = 297 = 6P(W)=P(VA)x Pf/ n=40000 X0.7/

8、0.95=29473.68(W)Pnc=P(W)/(n x N)二29473.68 /(29 X 6)= 169.39(W)根据中达电通电池的恒功率放电特性表可得出 2 小时放电时间， 1.75V 截止电压下，DCF126-12/100型号的电Yft能提供 68.4W的功率，169.39/68.4=2.48 组.8 .46KVA 1 小时：P(VA)=46KVA负载输入功率因数 Pf弋0.7逆变器效率n=0.95 n = 29P(W尸P(VA) x Pf/ n=46000 X0.7/0.95=33894.74(W)Pnc=P(W)/(n x N)二33894.74 /(29 X6)= 194.

9、80(W)根据中达电通电池的恒功率放电特性表可得出 1 小时放电时间， 1.75V 截止电压下，DCF126-12/100 型号的电Yft能提供 112.2W的功率，194.80/112.2=1.74 组.9 .40KVA 0.5 小时：P(VA)=40KVA负载输入功率因数 Pf弋0.7逆变器效率= =0.95 n = 2910 = 6P(W)=P(VA)x Pf/ n=40000 X0.7/0.95=29473.68(W)Pnc=P(W)/(n x N)=29473.68 /(29 X 6)= 169.39(W)根据中达电通电池的恒功率放电特性表可得出 0.5 小时放电时间， 1.75V

10、截止 电压下，DCF126-12/100型号的电池能提供 181.3W的功率，169.39/181.3=0.93 组.11 48+1.74+0.93=5.15（ 组 ）由于这种计算方法得出的结果会比实际的配置略有偏小，所以取6 组应当足以满足负载的后备时间需求。同样可以计算出车辆段 UPS系统需配置中达电通 DCF126 12/100型号的电池4 组；停车场UPS系统需配置中达电通 DCF126 12/100型号的电池3组；控制中心UP S系统需配置中达电通 DCF126 12/100型号的电池6组；供电运行方式与逻辑关系结合方案的系统示意图可以了解系统的供电运行方式与逻辑关系。1. 正常供电

11、运行方式两路主电源为两台UPS共电，主电源1接UPS1的主输入，主电源2接UPS2的 主输入，两台UPSW旁路同时接到主电源1或者主电源2上（不同的站点可以不同）。 两台UPS同时输出到各个负荷侧的 STS开关，通过设置STS开关状态，实现大约各 带一半负载。这样能确保两路电源上的负载量基本均分，当两台UPSTB运行于旁路状态时，相位仍然同步，STS转换不受影响。UPS1和UPS对时为电池组充电，充电电流各占50%为了日后维修和保养方便， 每台UPSffi每组电池都装有自己的连接开关。2. UPS 故障运行方式a. UPS2故障，则通过STS将所有的负载切换到UPS1然后维修UPS2修复后 再

12、恢复原带载运行方式；b. UPS1故障，则通过STS将所有的负载切换到UPS2然后维修UPS1修复后 再恢复原带载运行方式；c.两台UPSTB故障，则通过两台UPS的静态旁路供电给负载。此时，可以将两 台UPS丁到维修旁路或者轮流关闭进行维修，修复后再转为原带载运行方式。3. 电池组故障运行方式电池组分为3 6 组并联， 若发现电池故障或者报警， 维修人员切除故障的电池分组，进行维修维护工作，修复后再将电池分组重新投入运行。4. 失去 1 路主电源运行方式a. UPS2主电源失电，则UPS2亭止输出，通过STS将所有负载切到UPS1b. UPS1主电源失电，则UPS2亭止输出，通过STS将所有

13、负载切到UPS25. 失去 2 路主电源运行方式此时两台UPS同时转到电池组放电状态，通过 STS后共同分担后面的负载。若 此时任何1台UPSfe障，其后面的负载都会通过 STS转移到另外一台UPS上去，电 池组也会全部转给正常的 UPS使用，后备时间不受影响。智能配电柜会结合各负荷的后备时间要求，按时切除相应的负载。6. 检修运行方式a.检修单台UPS时，断开一台进行检修，另一台正常运行；b. 检修单组蓄电池时，断开一组进行检修，其它电池组正常运行；c.当两台UPSW时检修时，可将两台UPS丁到维修旁路或者轮流关闭进行检修。其他方案特点分析概括起来，该方案具有以下几个特点 :1 . UPS电

14、源采用集中式配置，跟分散式配置相比，该方案更能综合利用UPS蓄电池资源，具有设备可靠性高、节省安装空间、维修和管理方便等优点，符合地铁行业的的发展趋势。2 .输入电源采用双路同时分别供电，跟前端采用ATS切换装置相比，该方案更节省投资，使双路电源负载均分，并且避免了ATS的单点故障。3 .系统采用两台UPSM母线架构，跟单机和双机并联架构相比，减少了单故障 点，增强了可靠度。4 .采用双机共享电池组方式，确保任何一台UPSfe障时，系统总的后备时间不受影响，并且同时具备了以下优点：a. 节省购买电池的资金投资，相应的搬运、安装等投资也跟着减少。b. 节省安装空间投资，相应的装修费、空调配置等投资也跟着减少。c. 节省承重方面的投资。d. 节省电耗、维护保养等运营成本方面的投资，更加环保。e. 系统扩容比较方便，主机和电池组的扩容可以分别进行，非常安全、方便， 可以灵活利用资金。f. 发挥电池的最大效能， 提高电池利用率。 对于传统的电池配置方案， 由于电池数量较多，停电后电池会小电流放电，电池容量可能还没有放掉多少，市电就已经恢复。 这种小电流的浅度放电对电池是没有好处的， 久而久之电池性能就会下降，一旦某台UPSfr掉，其它UPS电池的后备时间就会达不到