不间断电源UPS的原理及优化

王炬强

即不间断电源，是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给设备提供稳定、不间断的电力供应。在轨道交通行业有着十分重要的应用。例如地铁屏蔽门系统，也需要安装不间断电源。

不间断电源主要目的是为了在外部供电中断时，仍能够依靠蓄电池等储电载体，给负载继续输出稳定可靠的电源。例如广州地铁四号线屏蔽门控制系统就配置了一套UPS系统，在市政供电断开的情况下，仍能输出稳定可靠的220V电源，使屏蔽门系统仍能继续运行。

UPS系统给设备运行带来了可靠的保障，但由于部分UPS系统是串联接入到屏蔽门的供电系统中，也存在着由于UPS自身故障而引起中断输出的现象。若任何故障都会使UPS系统中断输出，则完全违背了“不间断电源”的概念了。因此，一般UPS系统都设置有自动旁路功能，即当主要出现故障时，由旁路模块将主外部电源直接供给负载。而部分UPS系统的旁路功能模块集成在UPS主机内，当该模块故障时，无法维修，严重时，甚至会令整机电源输出中断。广州地铁四号线屏蔽门的UPS系统就多次遇到了上述这个问题，下面就是我们探讨解决该问题的经过及方法：

一、四号线控制UPS工作原理：

四号线（万胜围至金洲站）屏蔽门控制电源系统选用了普兰特品牌的UPS，作用主要是将市电逆变稳压后输出供给屏蔽门系统使用，并且能在市电中断时作为备用电源使用，持续供给。

220V市电供给控制UPS主机（主机内含3个模块），同时供给充电机，充电机会给控制控制UPS外置电池组充电（浮充状态），电池组又会连接到控制UPS主机，控制UPS主机的输出端会供给屏蔽门、安全门的控制电路。详见图1：

该套系统在未经优化前，曾出现过以下四种情况：

1、外部市政供电正常，且UPS系统工作正常的情况下，220V市电会经过控制UPS主机逆变稳压后输出，供给负载屏蔽门控制系统。

2、外部市政供电中断时，该套UPS系统会消耗其外置电池组、UPS模块等所储存的电量，继续供电给屏蔽门，确保屏蔽门可维持一段时间的运行。

3、当外部市政供电正常，而控制UPS模块发生故障，或主机发生一些小故障时，市电可经过UPS系统主机的电子旁路装置直接输出到屏蔽门控制系统（无逆变），屏蔽门亦能继续正常运行。

4、当外部市政供电正常，而控制UPS内部旁路模块故障，市电无法经过UPS系统主机输出到屏蔽门控制系统，屏蔽门设备无法继续正常运行。

上述四种状态中，前三种均未影响屏蔽门设备正常运行。第四种却令负载完全失电，是用户最不希望出现的状态，特别是轨道交通行业，更不允许这种风险的存在，即使机率再低也不允许。

二、四号线控制UPS加装旁路方案：

由于曾经发生过整个控制UPS主机故障（死机），UPS主机的电子旁路功能失效，导致主机无输出。为了不把UPS从系统中拆除（因为拆除了，就没有后备电源了，影响更大。），同时把上述第四种情况出现的风险去除，我们就想到了加装外部旁路。

于是根据四号线屏蔽门控制UPS存在的原理，提出了在主机外部加装自动旁路的技术改造方案（详见图2中蓝色部分）。

外部旁路中，由KA继电器负责检测UPS主机是否有输出，检测无输出時，接触器KM1的线圈失电，接触器KM2的线圈得电，两个主接器切换，市电会经由旁路直接输出到负载，跳过整套控制UPS。

三、加装旁路的效果

在改造过程中，我们发现上述方案的投入较小，只需要几个继电器以及电线就可以进行改造了（详见图3）。且加装后有以下几个优点：

1、加装旁路后，如果发生整个控制UPS主机故障，主机无输出的情况。系统会自动跳转外部旁路，不影响屏蔽门的正常运行。这为屏蔽门的运行提供了保障，在轨道交通行业成为重要。

2、未加装外部旁路时，更换UPS需要停用设备，对于地铁屏蔽门来说，只能在非运营时间作业。加装的外部旁路后，可以随时进行拆装更换，令日常设备检修更加方便有保障。