新建轨道交通线路弱电系统配电网整合技术方案研究

新建轨道交通线路弱电系统配电网整合技术方案研究

1系统用电要保证连续性上海轨道交通2号线东伸段的技术弱电系统包括通信系统、信号系统、环境和设备监控系统（基础）、自动火灾报警系统（fas）、门禁系统（acs）、自动销售检验员（afc）等。系统能耗为级负荷，需要高可靠性后电源连续供电，以确保供电质量和供电连续性。1.1服务平台搭建传统设计中,UPS由各专业自行配置,存在诸多缺点:(1)各专业所选UPS容量小,抗冲击能力小;(2)电池资源不能共享;(3)UPS分散、数量多、品牌多,故障率高,维护困难;(4)分散的电源室占用较大的建筑面积。1.2统一up电源设备的选型(1)集中配置,减少UPS电源设备的数量,提高设备可靠性;(2)统一UPS电源设备的型号,便于设备的集中采购;(3)有利于统一对UPS电源进行监控、维护保养;(4)减少UPS电源设备用房的面积。2联合系统pms的电源连接系统2.1电源整合方案上海市轨道交通2号线东延伸段工程UPS电源系统整合范围含全线各车站通信系统(不含高频开关电源)、信号系统、火灾自动报警系统、环境与设备监控系统、门禁系统、自动售检票系统。屏蔽门系统电源、变电所操作电源、应急照明电源在各系统设备室独立设置,不纳入电源整合范围。综上所述,结合上海地方标准及实际情况,制定UPS电源整合范围及UPS电源容量,如表1所示。2.2做好宣传工作为确保车站各弱电系统设备全天候、稳定、可靠运行,采用安全、可靠的一体化UPS供电系统非常重要。UPS电源整合负责为被整合的相关设备专业提供两路不间断电源,并在各专业设备室设置STS静态开关,电源整合系统与相关系统接口位置在STS的出口,即各车站通信、信号等弱电设备室各弱电系统设置的就地配电柜进线断路器上口处,UPS电源整合系统如图1所示。2.2.1变器、负载智能控制系统和输出接头系统设置2套UPS电源装置(含整流器、逆变器、蓄电池组)、负载同步控制器、智能控制单元、输出母线(采用单母线分段方式)和馈线智能配电柜。2套UPS共用一组电池组。(1)提高了废水处理系统可靠性正常工作时,2套UPS装置冗余并机运行,平均分担其负载电流,每台UPS单机容量能满足系统总容量要求。每台UPS都设置静态旁路和检修旁路。在运行中,如遇到某台UPS出现故障时,能通过选择性操作自动将故障的UPS单机从UPS并机系统中脱离出来,另一台UPS仍能向它的负载提供具有100%“高可利用率”的高品质电源,从而提高UPS供电系统的可靠性。系统允许在UPS的逆变器电源供电的条件下,对位于UPS并机系统中的另一台UPS单机执行“不带电”的定期维护/故障检修操作,提高UPS供电系统的可维护性。(2)负载同步控制器保证2套UPS装置输出电压幅值相同、频率相同和相位相同的正弦波。(3)智能控制单元智能控制单元负责控制管理UPS电源装置、馈线智能配电柜和各系统就地配电柜。对UPS电源整合系统监控信息上传。(4)馈线智能配电柜单元馈线智能配电柜向各系统输出提供AC380/220V不间断电源。由于各系统的后备时间不同,为了优化蓄电池的总容量,馈线智能配电柜能对不同后备时间的系统,按照时间顺序切除负载,即交流输入电源失电情况下,馈线智能配电柜通过控制单元将后备时间为30min,1、2、4h的负载顺序切掉。馈线智能配电柜可通过在馈线智能配电柜内设置PLC控制模块,通过逻辑编程控制馈出回路的供电时间,并应具备电池监测功能,可设置根据实际负载情况,动态延长各负载后备时间的功能。(5)独立安装地板由电源整合系统在各专业设备机房设置STS静态开关。由各弱电系统在各自设备室设置就地配电柜配电。2.2.2配置方案(1)v适管机及旁路电源每台UPS的主电源从降压变电所的一段400V母线引入,旁路电源从降压变电所的另一段400V母线引入。即降压变电所400V共给UPS整合提供4路独立电源,每段母线2路。(2)输出线采用UPS单母线分段供电系统,末端双电源切换开关采用静态切换开关STS。(3)监控系统接入方案的监控2号线东延伸段工程UPS电源系统由车站SCADA系统统一监控管理。(4)设置电池方案原则上UPS电源整合装置共同设置一套蓄电池,由两套UPS共享。2.2.3供电运行模式与逻辑关系(1)荷侧sts开关2路主电源为2台UPS供电,2台UPS同时输出到4个负荷侧的STS开关,通过设置STS开关状态,实现大约各带50%负载。UPS1为全部电池组充电,UPS2与电池组断开,两个UPS与电池组之间的断路器互锁,不能同时合闸。(2)安装a/a后回复原带载运行方式①UPS2故障,则通过STS将所有的负载都切换到UPS1,同时报修UPS2,修好后回复原带载运行方式。②UPS1故障,则通过STS将所有的负载都切换到UPS2,将电池组切换到UPS2,由UPS2向电池组充电,同时报修UPS1,修好后回复原带载运行方式。③2台UPS都故障了,则通过后故障UPS的静态旁路供电。(3)失败后运行电池的方法通过电池动态监测,发现电池故障并报警,维修人员切除故障的电池分组,进行维修维护工作;修复后,电池分组重新投入运行。(4)服务板的安装①UPS2主电源失电,则UPS2停止输出,通过STS将所有负载切到UPS1主机。②UPS1主电源失电,则UPS1停止输出,通过STS将所有负载切换到UPS2主机。(5)有正常负载的可移动性此时2套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,若此时任何一套UPS故障,其后面的负载会通过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。智能配电柜监测电池状态,并结合各负荷后备时间要求,动态决定何时切除负荷。(6)电池分组维护①1台UPS正常运行,另一台UPS进行检修。②切除一个分组的电池进行维护,其他电池分组照常工作。③只有当2台UPS同时故障,2路静态旁路也故障时,需启用检修旁路。2.3系统容量的确定2.3.1推荐的最大负载量系统设置2套完全相同的UPS电源装置,每台UPS都能满足各弱电系统总容量的要求,即每台UPS按100%容量进行配置。在实际工作中,为确保UPS能长期安全可靠地运行,所推荐的最大负载量一般为UPS额定输出功率的60%～80%。根据相关工程经验,结合本工程电源整合范围以及各系统电源容量需求进行统计计算。由表1可知,车站、停车场和控制中心的负载量依次为:100、76、120kVA,输入功率因数一般为0.7,小于UPS的输出功率因数0.8。为了确保UPS长期安全可靠地运行,负载量一般设定在UPS额定容量的60%～80%。所以车站、停车场和控制中心应分别配置130、100、160kVA的UPS,它们的负载量最大能达到单台UPS的77%、76%、75%,符合系统可靠性的要求。2.3.2蓄电池的配置配置1套蓄电池,由2套UPS电源装置共享,蓄电池容量按照失电后各系统负载不同后备时间需求计算选取,考虑到蓄电池的使用效率结合工程造价,该组蓄电池满足系统总容量100%的需求配置。本工程采用UPS共享电池组方案,并且市电停掉后要分时供电给负载。以车站为例:有30kVA的负载后备4h,30kVA的负载后备0.5h,30kVA的负载后备1h,10kVA的负载后备0.5h。根据上海申通轨道交通研究所弱电UPS整合设计指导意见,本工程建议配置200AH蓄电池。基于电池的放电特性,若采用分时间段(竖直分)计算法,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。经计算得出:(1)30kVA的负载后备4h,需要配置1.54组中达电通DCF126-12/200型号的电池。(2)30kVA的负载后备0.5h,需要配置0.35组中达电通DCF126-12/200型号的电池。(3)30kVA的负载后备1h,需要配置0.59组中达电通DCF126-12/200型号的电池。(4)10kVA的负载后备0.5h,需要配置0.12组中达电通DCF126-12/200型号的电池。因此,车站需要配置1.54+0.35+0.59+0.12=2.60组中达电通DCF126-12/200型号的电池。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4组应当足以满足负载的后备时间需求,共享蓄电池分为4组各25%容量并联。同样可以计算出,停车场UPS系统需配置中达电通DCF126-12/200型号的电池4组,控制中心UPS系统需配置中达电通DCF126-12/200型号的电池4组。因上海地铁现有线路UPS电池组普遍存在配置偏大的问题,且初近远期的负荷也有一定不同,为减小可能的电池组配置过大问题,电池组分为两期配置。初期配置一半容量,即100AH。运行后,酌情增加另外一半电池。3相关专业的接口UPS整合不仅与相关被整合专业存在大量接口,还与低压动力照明、建筑、供电系统、接地等相关专业存在接口。因此,需要划分各系统之间的接口关系,保证接口的协调性和完整性,保证电源整合系统安全、可靠的为各个系统提供后备电源。3.1电源对弱电系统的监控接口电源整合系统与相关系统(含通信系统、信号系统、环境与设备监控系统、火灾自动报警系统、门禁系统、自动售检票系统)接口位置在车站各弱电设备室该系统设置的就地配电柜进线断路器上口处。电源整合与弱电系统接口(图2)。UPS电源整合与各被整合弱电系统具体接口见表2。3.2基于斯标准偏差的源连接和相关专业接口表34修中心的运营维护UPS电源整合将会实现UPS设备的统一维护管理,由维修中心的供电系统综合检修车间负责全线UPS电源设备的定期维护保养,系统专业的维护人