地铁专用通信电源系统设计与应用

俞悦

摘要：随着地铁通信的快速发展，现代化的通信设备对通信电源系统提出了更高更稳定的要求，因而专网电源系统不仅需要为专网通信电源不间断供电 ，还要保证系统的可靠性及实际功能需求。本文根据实际现场地铁通信设备供电需求，设计了一套由交流配电屏、高频开关电源、UPS及蓄电池组构成的专用通信电源系统。

关键词：地铁通信;电源系统;蓄电池组

1.地铁专用通信电源系统技术要求

地铁专网通信电源系统一般包括：交流配电屏、直流供电系统、不间断电源系统（UPS）和蓄电池组、接地防雷系统、集中监控系统。当发生交流电中断或电压不稳的情况下，确保通信专网及其子系统仍能稳定可靠地工作，不出现电源中断的情形，通信电源系统将承担地铁全线范围内所有车站、控制中心、车辆段及停车场专网、公网通信设备的供电。

随着地铁交通的飞速发展，通信设备大量增加，同时也不断更新换代，通信电源系统也发生了革命性的跃变，主要体现在：标准的制（修）定、供电系统可用性的提升、供电方式的完善、技术装备水平的提高、维护方式的变革以及集中监控管理的实施等。电源系统不仅要为通信设备输送正常的能源，而且要消除电网对设备的损害，保证供电质量。以南京地铁4号线为例，设计需要满足：

1.1安全性能

电源通过交流配电屏由变电所引接双电源、双回路的交流电源，采用按一级负荷供电。当使用中的一路供电出现故障时，可以实现自动切换至另一路。而交流电输出在实际工程中，都需要经过不间断电源设备（UPS），实现可靠的、稳定的、无间断供电，防止设备突然断电。在直流供电系统中，通常采用整流器与高开蓄电池并联浮充供电方式。

1.2功能要求

18个车站和车辆段的通信设备需要提供交流电源（AC 220V）和直流电源（基础电压为DC -48V），控制中心同样也需要配置交流电源和直流电源为中心通信设备提供电源，同时控制中心还需要配置电源网管，实时监控全线所有电源设备的运行状態及故障告警信息。所有交流输入均由变电所引接，并为UPS及高频开关电源供电。220V用电设备是通过交流配电屏一次输出，经过UPS电源输出纯净的交流电后，再经交流配电屏二次分配给需要交流供电的设备，直流设备供电是通过交流配电屏一次回路后经过高频开关电源的整流单元输出的-48V直流电源。同时UPS电源和高频开关电源都配备蓄电池组，在交流电源停电时，蓄电池组可以反向为UPS和高频开关供电，实现不间断电源的稳定输出。

2.专用通信电源构成及实现

南京地铁4号线专用通信电源系统涵盖全线范围内所有车站、控制中心及车辆段，为全线通信专用设备供电。在正线车站、车辆段通信设备房里分别放置1套交流配电屏、1套UPS电源设备（含UPS蓄电池）和1套高频开关电源（含高开蓄电池），在控制中心通信设备房里放置1套交流配电屏、2套双机并行UPS电源设备（含UPS蓄电池）和1套高频开关电源（含高开蓄电池）。

在每个站点的高频开关电源内，均安装智能集中监控模块，采集所有电源设备运行信息和环境监控信息。智能集中监控模块配置有以太网模块提供RJ45接口连接至以太网通道，把相关设备信息通过传输系统传送至控制中心。在控制中心配置1台交换机，通过RJ45口与以太网连接，其余接口分别连接监控终端主机，做为集中监控终端设备对整个系统进行监控，可接受时钟系统的时钟信号做为标准时间，并发送系统报警信息给集中报警系统。

南京地铁4号线电源系统结构图如下：

2.1蓄电池维护子系统

蓄电池单体监测及维护子系统是由18个车站和灵山控制中心、青龙山车辆段、灵山综合通信网，合计21个站点组成，根据每个站点配备不同的蓄电池数量及型号，配制相应的检测子系统和维护子系统。每个站点设备配备检测子系统和维护子系统的主体设备配备的DB9可以与访站点的交换机互联，通过以太网，传输运行数据。每个站点安装硬件“检测子系统”和“维护子系统”，并配置一个4口串口服务器，在灵山监控中心配置一套“管理子系统”，形成多个站点模块统一监控。检测子系统与维护子系统具备标准的RS232接口，该端口使用TCP/IP协议，DB9孔-RJ45接入串口服务器，RJ45串口服务器接入以太网实现通信传输。灵山控制中心配备数据库对21个站点VRLA进行集中监控实现集中告警预警功能。系统构成图如下：

2.2 控制中心电源系统构成

以控制中心为例，说明一下通信电源系统设计思路。

控制中心设置交流不间断电源设备（UPS）、交流配电屏、高频开关电源、蓄电池组（含电池架）及电源监控管理系统设备。

控制中心UPS电源系统采用双机并联方式，后备时间2小时，正常运行时两台UPS电源分别带一套蓄电池组，当其中一台UPS故障时，可手动将故障机的蓄电池组切换至另一台正常运行的UPS电源，实现两套蓄电池组为一台UPS电源提供后备电源。

（1）UPS蓄电池组的配置

控制中心UPS 电源的蓄电池组按一套考虑，采用12V全密封免维护胶体蓄电池。蓄电池容量计算方法统一采用《YDT 5040-2005》标准中规定，此方法可以换算出在国标C10标准下的蓄电池容量。

式中：

Q——蓄电池容量（AH）;

K——安全系数，一般取1.25左右;

I——负荷电流（A）;

T——放电小时数（h）;

η——放电容量系数，根据放点小时数为2，查询蓄电池容量系数标准取0.61;

t——实际电池所在地最低环境温度数值，所在地有采暖设备时，按15℃考虑，无采暖设备时，按5℃考虑。

α——电池温度系数（1/℃），当放电小时率≥10时，取α=0.006;当1≤放电小时率<10时，取α=0.008;当放电小时率<1时，取α=0.01。.

UPS電池的总容量，应按UPS容量，采用式（2.2.2）估算出蓄电池的计算放电电流I，再根据式（2.2.1）算出蓄电池的容量。

式中：S——UPS额定容量（VA）;

I——蓄电池的计算放电电流（A）;

?——逆变器的效率;

U——蓄电池放电时逆变器的输入电压（V）（单体电池电压1.85V时）。

说明：《YD-T 5040-2005》标准中要求逆变器的输入电压（V）是蓄电池单体电池电压1.85V时的直流电压，则29节1组的蓄电池组的逆变器输入电压为：1.85V×29节×6=321.9V，其中29为12V电池节数。6为每个12V电池内部有6个2V单体电池。

在控制中心设备室配置KR/B3330型UPS电源，该机型为三进三出，双机并联，单机额定容量为30KVA，UPS电源蓄电池后备时间为2小时。本方案采用双机并联共用电池组，即只需配置1台设备按30KVA满载2小时的后备时间计算蓄电池，另外一台共用此套蓄电池。

选用一套58节（2组29节蓄电池并联）HAZE牌HZY12-200型蓄电池（容量为200AH），满足后备时间2小时。

（2）高频开关电源电池组的配置

根据要求，控制中心的直流电流为200A，包括了电池的充电电流0.1C。

由Q≥KIT/η[1+α﹙t-25﹚] ，由公式I负载+I电池=200A得，

（K×I负载×T/0.61[1-0.008（15-25）]）×0.1+I负载=200A，得出负载电流 I负载=138.4A。

再由公式K×I负载×T/0.61[1-0.008（15-25）]=1.25×138.4×2/0.61×[1-0.008（15-25）]=616.6Ah。

因而配置2组，每组24节HAZE牌HZY2-375（容量为375AH），型号电池可满足要求。

3.结束语

专用通信电源系统承担着地铁全线范围内所有车站、控制中心、车辆段及停车场专网、公网通信设备的供电，为了保证整个系统的可靠性，需要对电源系统进行统一监控、集中管理。本文就南京地铁4号线为例，提供了一个专网电源设计的案例，当然肯定存在不足，但是可以为其他专网通信系统集中监控管理提供一定的参考。

参考文献：

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