城市轨道交通弱电电源整合方案研究

钱信臣

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063)

1 概 述

目前，城市轨道交通弱电系统一般包括：通信系统、信号系统、自动售检票系统(AFC)、综合监控系统(ISCS)、火灾自动报警系统(FAS)、环境与设备监控系统(BAS)、门禁系统(ACS)等，弱电系统大多属于一级负荷，需要高可靠性的电源，以保证供电质量与供电的连续性。

通常轨道交通弱电系统供电按专业自行设置不间断电源设备(UPS)，部分专业耗电量不大，也配置一套UPS电源设备，容易造成故障多、效率低、不易管理、可靠性不高、资源浪费大等弊端。若能使用中等容量的UPS供电，不但可以克服以上缺点，而且能够实现远端计算机监视和遥控，采用高质量高可靠大功率UPS单机及其冗余并机功率均分技术，确保并机系统控制更加快速、精确、稳定。与各专业自行供电方式相比，提高了供电系统管理的方便性，增大了供电可靠性，并且也便于日后供电系统设备维护。

另外，电源整合不是简单地将各弱电系统所使用的电源集中设置，需要考虑到各专业本身的特殊性、管理所属权限、工程实施上等多方面问题。

2 城市轨道弱电电源整合方案

首先，考虑哪些系统不宜纳入集中供电系统内。原则上，实现多系统UPS集中供电时，可考虑所有弱电系统共有一套集中式UPS供电设备。但是，一旦电源设备自身故障或某一弱电系统故障引起UPS电源故障，对整个地铁弱电系统正常工作甚至是行车运营产生影响，致使故障影响面大，因此不建议将所有弱电系统进行UPS整合。

在轨道交通中弱电电源集中供电设置UPS电源的系统一般蓄电池为在线式，负荷为交流电负荷。蓄电池为后备式，主要负荷为直流电供电的直流自用系统不宜纳入集中供电系统。应急照明系统需要专门的消防认证，也不宜纳入集中供电系统。另外，非在线式应急电源系统(EPS)也不宜纳入集中供电系统[1]。

信号系统设备的供电为一级负荷中特别重要的负荷[2]。弱电电源集中供电代表着风险也是集中的，根据全国轨道交通电源整合经验，一般信号系统独立设置电源设备。

站台门系统为冲击负荷，在城市轨道交通中一般设置在车站站台层。因此，无论从负荷类型还是机房位置来说，站台门系统都不宜纳入集中供电系统。

城市轨道交通通信系统可分为：专用通信系统、公安通信系统及民用通信系统。因其管理所属权限不同，需要分别讨论。专用通信系统作为通信系统最重要系统，具有所属子系统众多，负载容量大等特点，应纳入集中供电系统。民用通信系统一般由运营商统一采购，自行建设民用电源系统，建议不纳入集中供电系统。公安通信系统一般由各地轨道交通公司代建，在征得当地公安部门同意的情况下，建议纳入集中供电系统。

车站弱电系统电源整合范围如表1所示。

表1 车站弱电系统电源整合范围

3 集中供电UPS系统方案

3.1 功能需求

弱电系统集中供电代表着风险也是集中的，为确保车站各弱电系统稳定、可靠运行，对UPS系统的稳定性提出了更高的要求。为提高电源系统的可靠性，其必须选择冗余配置的UPS系统方案，建立完善的电源监控系统。

集中供电UPS各个弱电系统的后备时间不一致，则需要设置智能配电系统，设置分时下电功能。电源监控系统应对集中供电电源设备进行实时监测，监测内容包括：电源设备的交流部件(输入电源、输出电源)、整流部件、直流部件、逆变部件等。另外，电源监控系统还需具备蓄电池在线监测功能。

3.2 系统方案

集中式UPS供电体系一般采用并联冗余的方式。UPS并联冗余主要有以下三种运行模式：

表2 UPS电源系统运行模式比较表

三种方式各有优缺点，而随着并联控制技术的发展，功率均分并联冗余方式的缺点正在逐步克服。功率均分并联冗余的方式具有高可靠性、易于扩容、维护简单等特点。

由变电所引出的两路独立电源至车站整合机房电源切换箱，电源切换箱输出切换后的交流电给两台UPS。经过UPS整流、逆变后再并联输出至交自流配电屏，被整合从配电屏上取电。正常运行时，两台UPS各负担50%的负载，当其中一台故障时，故障UPS从并联系统中脱离，所有的负载都切换到另一台UPS，同时报修故障UPS。

并机系统应能实现实时的负载均分调节和智能化控制功能，两台UPS逆变输出电压频率、幅度及相位保持一致。两台UPS可共用同一蓄电池组，每台UPS都设置静态旁路及维修旁路，允许在一台UPS逆变器工作条件下，对另一台UPS单机进行维护与维修操作，从而提高整个集中供电系统的可维护性。

电源监控系统可对整个UPS并机系统及蓄电池组进行实时的监测，电源监控系统可接入到各地铁控制中心集中告警系统中，实现集中监测告警，如图1所示。

4 结束语

城市轨道交通中弱电电源整合是一个发展趋势，目前全国各地城市轨道交通新建线路都在进行弱电电源整合工作。使用弱电电源整合技术，可以提高供电系统管理的方便性，增大了供电可靠性，并且有利于节能降耗。电源整合也代表着风险也是集中的，所以弱电系统的整合范围及集中供电系统的整体可靠性成了关键因素。本文通过分析车站弱电系统的负荷类型及管理权限，提出了车站弱电系统的整合的范围；根据弱电集中供电系统的特性，提出了UPS并联冗余系统方案。该方案具有高可靠性、易于扩容、维护简单等特点，对弱电集中供电系统具有很好的适应性。

图1 集中供电系统构成图