城市轨道交通UPS集中供电系统技术与应用探讨

陈红林

摘要：轨道交通工程是城市建设中重要一部分，必须保证轨道交通供电系统的可靠性。据实践研究发现，在轨道交通工程中采用集中UPS供电系统的可靠性要强于分散式UPS供电系统的优势。于此，在本文中对集中UPS供电系统技术的优势以及应用进行了具体研究。

关键词：城市轨道交通;UPS集中供电系统;应用

近年来，我国很多经济发展比较好的城市都开通了城市轨道交通，未来必然会向三四线城市发展。据研究表明，预计到2020年，城市轨道交通建设的总里程将达到6000 km以上，这也充分说明城市轨道交通必然会成为城市发展的重要一部分。但是需要注意的是在城市轨道交通系统中，供电是重要的环节，一旦出现问题很容易引起重大安全事故，造成的损失是不可估量的，所以保证轨道交通系统的供电可靠性非常重要，而不间断电源系统（UPS）装置在保障轨道交通供电安全中发挥了不可或缺的作用。在不间断电源系统（UPS）装置装置中，供电系统包括集中式UPS和分散式UPS两种形式，经过实践研究发现集中式UPS在可靠性方面更强。基于此，笔者在文章中主要针对集中式UPS技术优势与其应用进行了总结和分析。

一、城市轨道交通UPS集中供电系统的技术优势

城市轨道交通供电系统中根据各弱电系统设置上的差异将其分成UPS集中供电系统和UPS分散式供电系统两种形式，在UPS分散式供电系统中各弱电系统单独设置UPS，但是UPS集中供电系统中不是单独设置UPS^[1]。下面笔者对两种形式的供电系统进行分析。如图1所示是UPS分散式供电系统的结构图：

UPS分散式供电系统方案：车站降压变电400V一、二段母线中需要馈出多路电源并连接到双电源自动切换，然后连接通信、信号以及FAS系统，其中三个系统都有两路电源连接到电源切换箱，在运行过程中通过自动切换电源就可以为系统供电^[2]。

UPS集中式供电系统与UPS分散式供电系统相比结构更加简单、直观，如图2所示是UPS集中式供电系统结构图。车站降压变电所400V一、二段母线馈出1路电源分别连接到双电源自动切换，然后与集中式UPS电源连接，并由集中式UPS电源连接配电屏，完成供电过程。

通过对分散式UPS和集中式UPS的供电流程分析，加上笔者的实践工作总结，认为集中式UPS无论是工程投资、设备采购还是设备的运营维护等工作中都有很大优势：

1.节省成本投入，集中式UPS供电系统中需要馈出的回路少，相应的设备数量也较少，很大程度上节省了不必要的支出;

2.在采购方面的优势。集中式UPS供电系统方案中对于设备型号进行了明确统一，提高了采购环节的效率和便利性;

3.有助于集中监控且易于维护保养，主要是因为集中式UPS中将设备集中在一起，方便监控和管理，而且也最大程度上减少了设备占用的面积。

二、城市轨道交通UPS集中供电系统技术的具体实施及应用

（一）UPS集中式供电系统整合

UPS集中式供电系统在应用到城市轨道交通工程中，必须深入了解哪些系统不适合纳入到集中供电系统，这样才能保障集中式UPS供电系统的可靠性。通过对实践研究了解，笔者认为如果是应急照明系统则不宜纳入到UPS集中供电系统或者EPS（即非在线式应急电源系统）通常情况下也不能纳入到UPS中^[3]。在具体实施过程中必须给予重视，以免对UPS集中供电系统技术的可靠性产生影响。

在对城市轨道交通UPS集中供电系统进行整合时，必须考虑到负荷类型、供电负荷重要性、设备房分布以及车控室位置等多个因素，以免受到负荷的干扰影响集中供电系统的可靠性，尤其是UPS的风险关键就在于它是“集中的”。因此，在选择UPS集中供电系统时必须保证方案的科学和完善，除了配备电源、配电以及监控系统以外，还要求在UPS供电系统方案设置时配备智能配电系统，并且监控系统也需要在运行过程中对蓄电池、自动转换开关以及智能配电设备等进行实时监控，维持系统的运行状态以及正常供电。

（二）供电系统的并联冗余方式

通常情况下，供电系统采用并联冗余方式，具体分析如下：供电系统的并联冗余就是在运行时各UPS单机所处的地位是一样的，并且要共同分担系统运行产生的符合，如果其中一台UPS发生故障问题，也不会对系统的正常运行产生严重影响，只需要由其他UPS承担多出来的负荷就可以了。由此可见，在供电系统中采用并联冗余的方式无论在可靠性、可用性还是维护管理等方面都具有明显的优势。

在城市轨道交通供电系统的并联冗余方式包括整体式与模块式^[4]两种方式，并且两种方式在可靠性方面存在差异。下面笔者对两种模式进行具体分析：

1. 整体式“1+1”并机冗余方式

整体式“1+1”并机冗余就是利用两台UPS单机构成供电系统，并且充分发挥全数字字实时矢量控制技术的优势，实现对负载的均分调节与智能化控制过程。同时为了保证UPS集中供电系统输出的一致性，必须要求UPS单机变输出电压幅度、频率以及相位也具有一致性。

2.模块式“N+X”并机冗余方式

通常情况下，在模块式“N+X”并机冗余方式中需要使用多台模块式UPS（额定容量为10 kV·A的功率模块）并联构成，供电系统的总容量需要根据负载实际情况確定。当系统处于正常运行状态时，只要不对系统运行产生影响，就可以对UPS进行热插拨维修方法。在系统中的监控软件，主要是对系统的运行状态、UPS单机状态以及供电功能是否正常等进行实时监控。

通过实践经验以及对相关资料查阅对整体式与模块式方案的可靠性进行了比较，结果表明，“1+1”并机冗余模式中UPS单机的输出功率可以达到标称功率的50%，即从理论角度来说，能保证为供电系统提供200%的标称输出功率。但是相比较“N+X”并机模式下，涉及的环节较多，理论可靠性低。因此，这两种模式中整体式“1+1”并联冗余方式的可靠性要明显一些^[5]。

（三）集中式UPS供电系统的应用

近年来，集中式UPS供电系统在一些轨道交通项目中得到应用并且取得了比较好的效果。比如广州地铁4号线项目中，采用了集中UPS供电系统，相比较分散式UPS供电系统，无论是在总体造价成本还是可靠性和维修便利性方面都有一定优势。除了广州地铁4号线，还有地铁7、9、11、13号线中也相继采用了UPS集中式供电系统。此外，在北京、上海等地区的部分地铁项目中也涉及了UPS集中式供电系统应用，还有哈尔冰市轨道交通1号线一二期工程等等，其优势显而易见，并且未来会得到更为广泛的应用。

结语

集中UPS供电系统在轨道交通中的应用，相比较分散式UPS供电系统有着更加明显的优势，尤其体现在系统安全性、设备可靠性以及成本优势等方面。但需要注意的是在制定集中UPS供电系统方案时，必须综合考到系统设备的前期投入、空调系统的能耗以及设备维修维护的成本支出，这样才能保证UPS集中供电系统技术的最优化。

参考文献

[1]姚红星.城市轨道交通UPS集中供电系统技术与应用探讨[J].中国标准化，2019（04）：211-212.

[2]何治新.城市轨道交通UPS集中供电系统技术与应用探讨[J].电气时代，2018（07）：69-71+74.

[3]史海疆.城市轨道交通UPS集中供电系统技术与应用探讨 访广州地铁设计研究院有限公司副总工程师何治新[J].电气应用，2017，36（12）：6-9.

[4]李成章.地铁和轨道交通用高可利用率UPS供电系统[J].电气应用，2010，29（10）：22-26+28-29.

[5]李成章.地铁和轨道交通用高可利用率UPS供电系统[J].电气应用，2010，29（06）：20-24.

（作者单位：无锡地铁集团有限公司建设分公司）