不间断电源
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地铁行业UPS供电系统解决方案

发布日期:2012-6-11

城市地铁通信系统概况

近年来城市轨道交通行业发展迅猛,国内各大城市陆续建设城市地铁,地铁已经是一些大中城型市不可缺少的交通工具,地铁系统中通信系统是地铁工程运营指挥、企业管理、服务乘客和传递各种信息的网络平台,系统应具有先进性、开放性、可靠性、易扩充性、组网灵活性等特点,能传递语音、数据、图像等各种信息的综合业务数字通信网。通信系统在正常情况下应能保证列车安全高效运营,为乘客提供高质量的出行服务,在异常情况下能迅速转变为供防灾求援和事故处理的指挥通信系统。通信系统的重要性决定了,通信系统供电设备的可靠性也就成了重中之重,由于市电电网中接有各种各样的负载,对电网造成了干扰和污染,恶化了供电质量,影响了负载设备的正常运行,导致服务器的数据丢失等问题的产生,给用户造成了不可估计的损失。UPS供电系统的建设目的,是通过UPS供电系统给机房内用电设备提供高质量的、不间断电源,来保证用电设备正常工作。UPS不间断电源系统可以解决数据机房电源断电、电压尖峰、电压浪涌、频率漂移、谐波干扰、过欠压、电压波动及噪声电压等由市电电源质量差对前端设备造成的危害。

一般地铁工程通信系统由以下13个子系统组成:

1.传输系统

2.专用无线通信系统

3.公务电话系统

4.专用电话系统

5.广播系统

6.电视监视系统

7.时钟系统

8.旅客向导系统

9.综合布线系统

10.电源系统

11.公用传输系统

12.公用移动通信引入系统

13.公安、消防无线引入系统

地铁工程电源子系统概述

为了保证通信设备在主电源中断或波动情况下,通信各子系统仍能可靠地工作,地铁通信系统中电源系统将承担全线范围内所有控制中心、车站、车辆段通信设备的供电。因此对供系统要求要有极高的可靠性,要有连续不断的、高效、安全、可靠的电力供应以保证负载运行。

地铁工程电源子系统在控制中心、各车站、车辆段的通信设备室及电池室内分别设置UPS电源设备,免维护电池。控制中心、各车站、车辆段均采用在线式UPS,UPS系统只提供交流220V电源,通信各子系统如采用其它方式电源,由通信各子系统自配的整流装置产生。

控制中心、各车站、车辆段的通信设备室均设有电源监控设备,控制中心、各车站、车辆段的通信机房的环境参数、电源供应情况、电源设备的运行状态及故障告警信息将通过传输系统送到控制中心统一监测。

电源子系统需要的设备有UPS、蓄电池组、动力环境监控系统,交流配电屏、双路电源切换屏、交流配电屏等设备组成。

在世界能源和经济危机突显的今天,国家在积极的倡导企业节能减排,绿色,节能、环保这些以前人们不太重视的词汇现在已经深入人心,国内也有很多城市的地铁工程也将打造一条绿色的城市轨道交通系统为目标来建设。

如何打造地铁的绿色电源系统

地铁电源系统一般包括UPS、蓄电池、动力环境集中监控,防雷箱,双路电源切换屏、输入输出配电屏等设备组成。

通信电源系统为不间断电源系统,一般由强电引入两路交流380V电源至双路电源切换配电屏,按一级负荷供电给在线式UPS系统。

UPS系统提供交流380V电源至通信机房交流配电屏,交流配电屏分配各220V分路至通信机房设备,并提供380V支路至公用传输机房交流配电屏。

控制中心、各车站、车辆段的通信机房均设有监控设备,将通信机房的环境参数、电源供应情况、运行状态及故障告警信息将通过传输系统送到控制中心统一监控。

电源系统中最核心的设备就是UPS,可以称做绿色的电源系统的主要因素也就是UPS,那么,UPS具备哪些功能才能称得上是绿色呢?UPS又有哪些绿色的功能适合在地铁电源系统中使用呢。

宽广输入电压范围

UPS的输入电压范围代表了UPS适应电网的能力,同时电压范围宽广也有着降低用户投资成本,节能环保的作用,用户在对UPS供电系统的投资中,蓄电池往往占有很大的比例,例如地铁电源系统大多
为要求后备延时时间在2~4个小时,这样在系统中就需要投入大量的蓄电池,UPS宽广的输入电压范围可以有效的减少电池的充放电次数,延长电池使用寿命,达到节能环保,节省投资的效果。特别是在电网波动较大的环境下,该功能发挥的作用越大。

高整机效率

地铁的用电量非常大,每年花在电上的费用是非常巨大的,另外,耗电量大也不能符合国家对企业节能减排的要求,所以在选用用电设备时,效率尤为重要,效率的高低是决定设备每年的耗电量有多少的最主要的一项参数,各UPS厂家也在苦心研究如何更高的提升UPS的整机效率以达到节能的效果,以80KVA的UPS为例,大多数设备的效率为92%左右,如果效率可以提升2%,一年可节省约11212度电,这还未算效率提升后设备无功损耗降低,减少发热,空调节省的电。所以在地铁电源系统在选用UPS时,效率是非常重要的一项参数。

高输入功率因子、低输入谐波电流

绿色的UPS一定要有高输入功率因子,低谐波电流。高输入功率因子,可以使UPS对市电的利用率提高,减小无功损耗,达到节能的效果。谐波电流低,可以减小UPS对电网的污染,达到环保的功能。同时,提高输入功率因子及降低输入电流谐波失真还可以减小UPS输入端的线缆,保险,空开等容量,减少发电机匹配的容量,降低用户的投资成本等等。早期投入使用的UPS电源都是采用硅整流形式,内置输出隔离变压器,行业内称为工频机,而工频机的输入功率因子较低,一般在0.75~0.85左右,谐波电流一般都在20%~30%左右,如果想改善这些参数就
需要采取一些措失如下:

6脉冲+无源滤波器

PF>0.9,ITHD<10%.

12脉冲+无源滤波器

PF>0.95,ITHD<5%.

有源滤波器

PF>0.95,ITHD<5%.

混合滤波器

PF>0.99,ITHD<3%.

从上述可以看出增加不同的设备可以使输入功率因子和谐波电流达到不同等级的效果,但增加滤波器这样的设备同样要要有大量的投资,要占用机房空间以及还要增加设备的自身耗电。由于提升这些参数需要增加大量的投资往往让用户望而却步。

那么,还有其他的解决UPS输入功率因子和谐波电流的问题的方法吗?当然,最好的解决方法就是选用采用高功率三相PFC架构设计的UPS,这种UPS无须外加滤波器就可以使用输入功率因子提升至≥0.99,谐波电流降至3%以下,当然这种架构的UPS也会越来越受到广大用户的青睐。

智能风扇变速功能

UPS的散热基本是靠风扇来完成,如果风扇出现故障或者转速不够,UPS的运行就会出现问题,大多厂商的UPS都全将风扇的转速设置为快速,而UPS供电系统中,大多数的带载比例都在60%~70%,并机系统中带载比例会更少,会在30%~40%左右,这样,风扇如果长年都是全速运转,不但会浪费很多电能,也会降低风扇的使用寿命。UPS具备智能风扇变速功能是指风扇具有多段转速自动控制,UPS的控制系统可以根据负载的实际大小和环境温度来控制风扇的转速,来达到节能的效果,也能有效的延长风扇使用寿命。

体积小、重量轻

地铁的电源系统机房大多都在地铁下,地铁工程在土建施工时需要有大量的投入,在地下每多挖一平米的空间要投入非常高昂的投入,包括人力,物力,和能源都会有很大的消耗。因此,动力机房空间也非常有限,要更合理的来利用,所以在选用设备时在保证设备质量的基础上最好能选择何积小、重量轻的设备,以便节省机房使用空间。

ECO模式运行

ECO模式又称经济模式,UPS在正常运行时处于静态旁路状态,在市电波动超出可用范围或市电断电情况出现时,由蓄电池供电。

通过对机房电网进行评估,在电网情况较好的区域可采用ECO模式,采用此方式可使UPS的效率提高到97.5%,以400KVAUPS为例:

UPS额定容量:400KVA(输出功率因子:0.8)

整机效率:93%

经济模式效率:97.5%

●若以80%负载使用经济模式,则可以减少12.7KW功率损耗。

●一年可节省电费约11.12万度电:12.7x365x24=111252KWH。

另外,由于UPS效率的提高及发热量的减少,亦可节省机房空调设备的用电量及电费。ECO模式目前国内很少有使用,原因是工作时,市电直接供给负载使用,因此失去了UPS对负载的保护功能,另外市电由旁路切换至蓄电池供电时一般会有1~4ms的切换时间。所以在要求高可靠度的地铁工程中,此项功能不会使用。

设备符合RoHs标准

要求UPS具有绿色环保功能,其本身也应该符合绿色环保的要求,所以在选用UPS时,要看生产厂商是否通过了RoHs标准。

总结

轨道交通的快速发展无疑缓解了城市交通的压力,促进发展的同时也代表一个城市的形象。地铁作为一个大规模的公共交通工具,对系统安全性的要求也是非常的高。本文内容针对于地铁的通信系统内的电源子系统,通信系统的电源子系统为地铁工程中使用UPS数量最大的系统,同时还有其它系统也有UPS使用需求,在信号系统,AFC系统以及BAS系统及屏蔽门等系统中都有不同容量的UPS需求,不同城市的地铁工程电源系统的应用都有所差异,主要是要看设计单位对整体系统的规划和设计。

 

 

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