台达UPS地铁弱电系统解决方案

应 用 摘 要

　　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)、自动售检票系统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、DC220V和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汉阳科技版权所有，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.可靠性强塑料工业网，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moc.861ehcoaz.www，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，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UPS整合工作SOOQ.cn版权所有，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)、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容量相等，互为备份塑料工业网版权所有，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nc.moc.enilnosmm.www，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www.IIAnews.com，单机MTBF高达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GUIZHIDAO.com版权所有，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LCD显示，以及RS232、RS485、20选6的智能干接点以及供选购的SNMP、MODBUS卡等，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UPS监控纳入综合监控系统(ISCS)造车网，与综合监控系统FEP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集中供电，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

　　UPS容量选择

　　由UPS集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、74KVA和126KVA。这些负载都是电脑性的SOOQ.cn版权所有，输入功率因数一般为0.7，小于UPS的输出功率因数0.8，选择UPS容量时应当按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额定容量的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%和78%moc.oadihziug.www，符合系统可靠性的要求。
电池配置计算

　　本方案采用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http://www.sooq.cn，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http://www.guizhidao.com，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 η 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)×Pf}/η

　　Pnc=P(W)/(n×N)

　　1.40KVA 2小时：

　　P(VA)=40KVA 负载输入功率因数Pf ≈0.7

　　逆变器效率η=0.95 n = 29

　　N = 6

　　P(W)={P(VA)×Pf}/η

　　= {40000×0.7}/0.95

　　=29473.68(W)

　　Pnc=P(W)/(n×N)

　　=29473.68 /(29×6)

　　= 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MMSonline.com.cn版权所有， DCF126-12/100型号的电池能提供68.4W的功率， 169.39/68.4=2.48组.

　　2.46KVA 1小时：

　　P(VA)=46KVA 负载输入功率因数Pf ≈0.7

　　逆变器效率η=0.95 n = 29

　　N = 6

　　P(W)={P(VA)×Pf}/η

　　= {46000×0.7}/0.95

　　=33894.74(W)

　　Pnc=P(W)/(n×N)

　　=33894.74 /(29×6)

　　= 194.80(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http://www.zaoche168.com，1.75V截止电压下， DCF126-12/100型号的电池能提供112.2W的功率工业自动化网版权所有，194.80/112.2=1.74组.

　　3.40KVA 0.5小时：

　　P(VA)=40KVA 负载输入功率因数Pf ≈0.7

　　逆变器效率η=0.95 n = 29

　　N = 6

　　P(W)={P(VA)×Pf}/η

　　= {40000×0.7}/0.95

　　=29473.68(W)

　　Pnc=P(W)/(n×N)

　　=29473.68 /(29×6)

　　= 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截止电压下http://www.sooq.cn， DCF126-12/100型号的电池能提供181.3W的功率， 169.39/181.3