济南轨道交通R1线弱电系统不间断电源建设方案探讨

王国富 张立峰 刘海东

（1．济南轨道交通集团有限公司，250101，济南；2．山东科技大学土木工程与建筑学院，266590，青岛//第一作者，教授级高级工程师）

济南轨道交通R1线弱电系统不间断电源建设方案探讨

王国富1，2张立峰1刘海东1

（1．济南轨道交通集团有限公司，250101，济南；2．山东科技大学土木工程与建筑学院，266590，青岛//第一作者，教授级高级工程师）

介绍了济南市轨道交通R1线的工程概况及建设原则，详细阐述了R1线不间断电源（UPS）建设方案，着重论述了供电方式及UPS整合方案的比选。R1线一级负荷中的特别重要负荷不整合，采用UPS分散供电方式；将ISCS（综合监控）、ACS（门禁系统）、AFC（自动售检票）、OA（协同办公）与PIS（乘客信息系统）等专业的设备进行整合，共用1套UPS；BAS（环境与设备监控系统）独立设置UPS，其设备与电源设置在ISCS设备机房。整合的负荷UPS采用双机并联冗余供电方式。计算了R1线采用UPS整合方案后的UPS容量及造价，以及机房建筑面积，计算结果显示，R1线UPS建设方案提高了供电的安全性和可靠性。

城市轨道交通；不间断电源；弱电系统；分散供电；综合系统供电

城市轨道交通弱电系统主要涵盖通信、信号、综合监控系统（ISCS）、自动售检票（AFC）系统、环境与设备监控系统（BAS）、火灾自动报警系统（FAS）、门禁系统（ACS）、电力监控（PSCADA）、乘客信息系统（PIS）等专业。为提高运输效率、保证行车安全，弱电系统多采用不间断电源（UPS）作为应急电源。UPS能保证供电质量和供电连续性，能确保弱电系统设备正常运行，在确保轨道交通安全运营方面起着重要的作用。弱电系统专业庞杂，不同城市的轨道交通UPS建设方案也不尽相同。本文对济南市轨道交通R1线（以下简称“R1线”）弱电系统的UPS建设方案进行探讨。

1 R1线工程概况及建设原则

1.1 工程概况

R1线是济南市第1条城市轨道交通线路，位于济南市西部新城区，是济南市轨道交通线网中贯穿西部新城南北的1条主干线。线路全长26.1 km，其中高架线长16.2 km，过渡段长0.2 km，地下线长9.7 km；共设置11座车站（其中4座地下站、7座高架站、4座换乘站）。线路还设置了池东停车场（远期实施）、范村车辆综合基地，以及1座控制中心，并在池东站和演马庄西站预留了延伸条件。R1线弱电系统UPS建设方案的选择，不仅影响全线的安全运营，也对济南城市轨道交通线网其它线路有重大影响。

1.2 建设原则

UPS系统建设应考虑工程实际情况及技术发展趋势，需遵循一定的建设原则，以保证各系统稳定运行，实现供电的安全和可靠。具体原则为：

（1）应符合GB 50052—2009《供配电系统设计规范》和GB 50157—2013《地铁设计规范》等规范的要求。

（2）应有利于UPS和蓄电池品牌统一，实现资源共享。

（3）应有利于供电专业对UPS实现统一维护管理，提高系统专业维护水平。

（4）应有利于节省电源设备机房建筑面积，降低工程造价。

2 R1线UPS建设方案

2.1 供电方式

UPS供电方式主要有UPS分散供电和UPS综合供电两种。

2.1.1 UPS分散供电

UPS分散供电方式，即各弱电系统交流负载单独配置1台小容量UPS作为应急电源提供供电保护，是最常见和最基本的工作方式，其可靠性较差。UPS分散供电示意图如图1所示。

图1 UPS分散供电方式示意图

2.1.2 UPS综合供电

随着大容量UPS系统及其先进控制技术的成熟，弱电系统采用UPS综合供电方式的城市轨道交通线路逐渐增多。UPS综合供电方式是对部分弱电系统进行UPS整合，采用大容量UPS统一供电，提高了供电系统的可靠性。2015年9月底，对国内17个城市49条线路（含延长线，不含有轨电车和磁悬浮线）弱电系统UPS供电方式进行了调研。调研发现，2009年以前大多采用UPS分散供电方式，之后采用UPS综合供电方式的城市显著增多。

2.1.3 供电方式对比分析

基于UPS可靠性、节省资源、维护管理等方面的要求，UPS分散供电与综合供电方式对比分析如表1所示。

2.2 UPS整合方案

UPS整合有利于资源共享，提高UPS系统的可靠性，但对整合后的UPS管理维护要求高。一旦UPS出现故障，影响范围大，会引发严重后果，甚至出现信号系统退出等问题。

GB 50052—2009《供配电系统设计规范》规定：“在一级负荷中，当中断供电将造成人员伤亡或重大设备损坏或发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为一级负荷中特别重要的负荷。”

GB 50157—2013《地铁设计规范》规定：“一级负荷中特别重要的负荷，应增设应急电源，并严禁其它负荷接入。”由于一级负荷中特别重要的负荷在中断供电时，将会产生人身伤亡及危害行车安全，造成重大事故，或造成重要设备损坏，影响范围大；而一级负荷中断供电时，将会造成人身伤害，或重大经济损失，影响面较小。因此，一级负荷中特别重要的负荷严禁与一级负荷整合。

在一级负荷中特别重要的负荷中，FAS设备需要DC 24 V供电，且须就地设置24 V蓄电池；而且FAS属于消防系统，由公安消防验收，故FAS应设专用的UPS，不适用于UPS综合供电。其他一级负荷中特别重要的负荷（专用通信系统设备、信号系统设备、BAS设备等）可以进行整合，采用UPS综合供电方式。

表1 UPS不同供电方式对比分析表

一级负荷中的PSCADA设备由于位于强电机房内且距离其它设备机房较远，不纳入整合方案。因此一级负荷中的ISCS设备、ACS设备、AFC设备、OA（协同办公）设备，与二级负荷PIS设备，可以进行整合，采用UPS综合供电方式。

综上分析，城市轨道交通弱电系统各专业能否整合采用UPS综合供电方式的统计见表2。

表2 不同专业负荷整合可行性统计

根据弱电系统整合范围的不同，UPS整合方案有3个。

（1）方案一：一级负荷中特别重要的负荷（专用通信系统、信号系统、BAS）进行整合，采用UPS综合供电方式。其中BAS设备按照GB 50157—2013《地铁设计规范》的要求，应独立设置或与专用通信系统、信号系统共用UPS。目前在我国BAS大多与一级负荷中的ISCS共用 1套 UPS。按照 GB 50157—2013《地铁设计规范》的要求，一级负荷OA与二级负荷PIS可独立设置，或与除一级负荷中的特别重要负荷之外的其它负荷整合后共用UPS。目前，在我国OA及PIS基本与专用通信系统共用1套UPS。

（2）方案二：一级负荷与二级负荷中的PIS整合，一级负荷中特别重要的负荷不整合。

（3）方案三：分散供电。（并非整合，不应属于整合方案）

截至2015年9月底，国内49条采用UPS综合供电方式的城市轨道交通线路弱电系统整合情况统计见表3。

表3 国内采用UPS综合供电方式的线路情况统计表

考虑到R1线为济南城市轨道交通第1条线路，且目前国内将信号系统纳入UPS整合的应用案例较少，因此，R1线计划采用方案二：ISCS、ACS、AFC、OA与PIS整合，共用1套UPS；一级负荷中的特别重要负荷不整合，采用UPS分散供电方式；BAS独立设置UPS，其设备与电源设置在ISCS设备机房。

2.3 负荷整合后的UPS综合供电方案

UPS综合供电方案主要有UPS双机串联热备供电及双机并联冗余供电方案。二者对比分析见表4。

表4 UPS综合供电主要方案对比分析表

UPS双机并联冗余供电方案是城市轨道交通行业中的主流配置方式，技术较为成熟。故R1线弱电系统UPS整合方案初步确定采用双机并联冗余供电方式。一般双机并联冗余供电方案系统示意图如图2所示。R1线的UPS双机并联冗余供电系统图如图3所示。

图2 一般UPS双机并联冗余供电系统示意图

2.4 整合方案效果分析

2.4.1 UPS容量及造价

经计算，R1 线的 ISCS、ACS、AFC、OA 与 PIS整合的UPS容量为80 kVA。1台主用UPS及1台备用UPS的总价为70万元。采用分散供电时的UPS容量及造价如表5所示。由表5可得，采用分散供电方案时，这5个专业的子系统需要4个UPS（ISCS与ACS常共用1个UPS），总价为76万元。可见UPS整合后的综合供电方案造价相对较低。

2.4.2 机房建筑面积

R1线共11个车站，其中有6个信号设备集中站，5个信号设备非集中站。按采用不同供电方式，以前大彦站及池东站为例，对非集中站及集中站机房的建筑面积分析如表6～7所示。

R1线原来采用分散供电方式。现在即便采用了UPS整合方案，部分机房建筑位置也无法更改。由于R1方案只整合了部分一级负荷及PIS，未整合一级负荷中特别重要的负荷，因此机房建筑面积有所增加。现通过优化布局站厅层和站台层的房间，使单个车站的总建筑面积未增加。

图3 R1线的UPS双机并联冗余供电系统图

表5 R1线分散供电时的UPS容量及造价

3 结语

R1线将部分弱电系统进行UPS整合，采用部分综合供电方式。这既符合GB 50157—2013《地铁设计规范》的要求，也提高了供电的安全性和可靠性。而且一旦UPS出现故障，其影响范围也小于完全采用UPS综合供电的方案。

表6 信号非集中站（前大彦站）机房建筑面积对比分析表

表7 信号集中站（池东站）机房建筑面积对比分析表

随着社会经济的快速发展和城市轨道交通的规模建设，为了建设功能适当、经济合理的轨道交通，在执行GB 50157—2013《地铁设计规范》的基础上，提出了济南轨道交通R1线弱电系统UPS建设方案，将一级负荷中的ISCS、ACS、AFC、OA设备与二级负荷中的PIS设备采用UPS双机并联冗余供电。该UPS建设方案在国内其它城市尚无应用案例，希望能对国内城市轨道交通的建设提供积极的参考意义。

［1］ 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.地铁设计规范：GB 50157—2013［S］.北京：中国建筑工业出版社，2013.

［2］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.供配电系统设计规范：GB 50052—2009［S］.北京：中国计划出版社，2009：3.

［3］ 程强.浅析整合UPS在地铁车站中的应用［J］.机电工程技术.2012（7），146.

［4］ 盛蓉蓉.UPS整合在城市轨道交通中的应用［J］.世界轨道交通.2009（2），48.

［5］ 胡倩.城市轨道交通车站弱电系统电源整合方案研究［J］.铁道勘测与设计.2009（5），39.

Construction of Weak Electricity System UPS for Ji'nan Rail Transit R1 Line

WANG Guofu，ZHANG Lifeng，LIU Haidong

The current engineering of Ji'nan rail transit R1 Line and the construction principle are introduced，the weak electricity system UPS is specially described with a comparison between thepowersupply system and the integration with UPS.By adopting UPS，ISCS(integrated supervisory control system)，ACS(access control system)，AFC(automatic fare collection)，OA (office automation)and PIS(passenger information system)could all be integrated.The capacity and cost of UPS after integration for R1 Line and the computer room area are calculated，itshows thatthe construction of weak electricity system UPS can improve the security and stability of R1 Line.

rail transit；uninterrupted power system（UPS）；weak electricity system； decentralized power supply；integrated system power supply

First-author′s address Jinan Rail Transit Group Co.，Ltd.，250101，Jinan，china

U231.8

10.16037/j.1007-869x.2017.12.028

2016-04-11）