深圳地铁7号线综合UPS系统维护及建议

2020-10-10刘万青

通信电源技术 2020年12期

刘万青

（深圳地铁运营集团有限公司，广东深圳 518040）

0 引言

UPS是利用蓄电池储备的电源作为后备能量，在上级市电断电或故障时可以实现不间断为负载供电的一种能量转换装置。目前，根据市场上厂家设计的UPS系统，不同厂家生产的UPS有不同的设备特点，常使用的有后备式、在线式、互动式和Delta转换式4种[1]。它主要是实现电网与用电器之间的隔离和两路电源的不间断切换，在市电失效情况下，及时切换为设备提供电源保障。本文结合综合UPS系统在深圳地铁7号线应用的特点，重点介绍其应用维护、组网方式以及应急处理等内容，并提出后续建设的几点建议。

1 组网方式及应用

深圳地铁7号线在控制中心、车站、车辆段以及停车场等处设弱电综合UPS电源，由动照专业提供两路独立的三相五线制交流电源至电源室，并提供两路电源的自动切换。两路独立的三相交流电源经交流切换装置后接入交流智能配电柜，配电柜分配若干输出回路输入UPS，经UPS输出的交流电源和智能配电柜后，分配若干回路给各交流供电的系统和高频开关电源。高频开关电源输出的-48 V电源分路后，分配给需要直流供电的通信设备。正常供电时，不间断UPS设备能起到稳压过滤的作用，并同时向负载供电和给蓄电池充电。当市电异常或者设备故障时，UPS设备通过蓄电池存储的电压经逆变器向负载供电。

7号线综合UPS子系统均采用单机方式，系统分为机柜外电源和机柜内电源。机柜外的电源设备主要由UPS、蓄电池、交流智能配电柜、高频开关电源以及交流配电箱等组成[2]。这些设备主要放置在弱电电源室，其中UPS为交流设备提供不间断交流电源，高频开关电源为直流设备提供-48 V电源，蓄电池可提供后备电源，交流配电柜与交流配电箱为各系统设备提供交流电源回路。还有一些机柜内电源，主要是一些设备机柜内配置的专用电源设备，如专用PDU和专用电源模块，为通信设备机柜内进行配电。系统构成如图1所示，可实现不间断供电功能、自动旁路功能、内部手动旁路功能、手动维修旁路以及分时下电等功能。

2 设备维护及故障处理

UPS设备在正常使用情况下，主机的维护工作主要是防尘和定期更换易损件。当机内沉积大量灰尘或易损件故障时，会引起工作异常而发生不准确告警，故需要定期对设备进行除尘及更换易损件，检查各连接设备之间的情况。当UPS设备系统出现故障时，应先分清是负载还是UPS设备。假如是UPS设备，要分主机或者电池组。可结合UPS主机内部检测功能对UPS进行检测，再对故障进行原因分析，从而找到故障点。

图1 系统架构图

电池容量的大小直接决定UPS在外部电源停电时能够保证负载不断电的时间，因此电池监测的告警可以使维护人员能够了解当前电池的剩余容量和后备保障时间。当监测到电池处于保护电压值时，为避免电池过量放电造成的永久损伤，维护人员在告警时需采取相应的应急措施。

2.1 电池维护及检测

蓄电池组作为综合UPS的重要组成，为整个地铁通信及其他系统提供后备的电源，对地铁运营安全及通信稳定运行有着极其重要的作用。UPS系统发生故障很大比例是由于电池问题引起的，日常维护中需定期测量蓄电池组电压、单体电池电压和单体电池内阻，要定期检查蓄电池极柱，连接线缆接头有无腐蚀、爬酸或有无鼓胀发热现象。此外，因新旧电池内阻不一，充放电时会存在差异，故严禁新旧电池混用。

电池维护常用的仪器仪表包括电池测试仪、万用表和电导仪[3]。外观检查法以目视检查电池外观，是否受外力导致电池槽盖破裂漏液，会出现破损、龟裂、漏液及腐蚀的现象。电压测量法主要是测量电池电压是否在正常数值范围内。容量测量法测试电池内阻或者整组电池容量。电池无论是充电还是放电，它的外壳都严重发热。

2.2 智能PDU的使用

智能电源分配器PDU可以通过远程监测、控制，实现对机柜内微环境每台设备用电情况的实时监测。监测主要是指对电压、电流、功率和电量等进行监测。通过智能PDU的监测功能，利用网管可以实现设备故障和切换时间上传，从而实时监测设备的运行状态。通过远程监测及时预判及处理设备故障，从而起到保护设备的作用。

2.3 UPS故障处理

2.3.1 市电有电时，UPS出现市电断电告警

当市电正常供电时，UPS出现市电断电告警。出现市电断电告警要区分是硬件问题还是电压异常问题。硬件问题可以分为空开跳闸或损坏、保险烧毁研究线缆接触不良等；电压异常会造成电压过低或频率异常。对于不同问题需采取对应的措施，如硬件问题进行空开、保险更换或者紧固接触不良的线缆等方式，电压异常时则需检测UPS市电，为确保负载不断电，转换至蓄电池进行供电[4]。

2.3.2 主路频率异常

在主路没有缺相的条件下，输入频率在45～65 Hz范围之外，UPS一般会从主路供电切换至电池供电。当出现此类故障后，要先测量输入频率是否在范围之内。如果频率正常，UPS切换至手动维修旁路进入维修模式。检测连接检测板I1到U1之间的线缆，线缆无异常，则更换I1板或者U1板。

2.3.3 电池需维护

在不下电的情况下，观察逆变三相IGBT的驱动板有没有亮红灯，亮对应驱动板或IGBT有问题，需测量IGBT判断其好坏才能重新上电。如果不亮需检查检测通道，IGBT上的X3板到A1板，在从A1板经过排线到I1板，有I1板的J11插座到U1板。必要时可更换I1板、U1板或者A1板。

2.3.4 电池无

（1）可能原因。BCB未闭合或母线电压小于0.5倍的浮充电压设定值，直接判断电池无；在BCB闭合情况下，如果电池电流小于4 A，母线电压降低一定数值后，电池电流一直仍然小于4 A持续1.5 s，直接判断电池无；在BCB闭合情况下，如果发电机接入或逆变器未开启，且母线电压大于0.75倍的浮充电压设定值，直接判断电池有；如果BCB闭合且母线电压大于0.5倍的浮充电压设定值，如果已经有电池电流大于4 A，判断电池有。

（2）处理方法。请确认是否有电池，并检查电池电流连接是否正确，通过测量电池与母线端电压判断是否有电池接反；检查是否存在“BCB闭合/断开”告警，如果面板没有任何BCB信息，则检查C1板到I1板之间的线缆连接情况；如果存在BCB断开告警，则先排除其他故障造成BCB脱扣并导致电池无。检查LCD面板的当前告警信息和历史记录信息，主要看是否存在“电池EOD、电池熔丝、直流母线过压”等告警；确认BCB断开的原因后并一切正常时，可以闭合BCB，告警会消失。

3 后期建设的建议

3.1 控制中心采用并机或两路电源分别接两套UPS

控制中心作为通信系统的核心，承载通信各系统重要数据，是通信的交换中心。保障控制中心供电稳定，有利于确保设备运行安全。单独的UPS系统不能确保设备不间断供电，在后续建设中，建议控制中心UPS采用两套并机方式或者两路电源分别接两套UPS分别给通信各系统供电[5]，以进一步提高系统的可靠性和容灾能力。

3.2 大规模使用蓄电池检测系统

目前，蓄电池检测系统只在重要站点才设计，电池维护依靠人工，出现大量人力资源浪费及对设备维护不到位情况。随着技术的发展，蓄电池检测技术已有较多的使用案例。在后续线路建设中应设计蓄电池检测系统，实现对地铁站点的蓄电池的检测，实现对蓄电池组运行数据自动测量、显示、记录和保存。系统24 h连续工作，实时自动监测电池组电压、单体电池电压、标样温度、单体电池内阻，其中内阻12 h自动测试一次，并可人工操作进行测试。内阻测试为纯在线方式，无须蓄电池组放电。无论蓄电池组在均充、浮充或放电等任何状态，均可以进行内阻测试。

3.3 UPS蓄电池容量配置

合理选择蓄电池的容量，是UPS对负载设备正常供电的重要保证。容量配置过大，蓄电池不能充分被利用，浪费资源；容量配置过小，不能满足用户对后备时间的要求，且对电池的寿命不利。电池供电时间主要受负载大小、电池容量、环境温度以及电池放电截止电压等因素影响。一般计算UPS电池供电时间可以计算电池放电电流，然后根据电池放电曲线查出其放电时间。

UPS后备蓄电池的容量计算方法很多，如恒功率法（查表法）、估算法、电源法以及恒流法等。在实际应用中需要综合考虑蓄电池的使用情况、UPS所带负载情况以及应用场合等，以选择适合的电池容量计算方法。其中，恒流法比较简便，适合所有品牌电池的计算，是粗略的电池配置方法。

恒流法计算公式[6]：

其中：C为蓄电池容量（Ah）；PL为UPS输出功率（W）；T为电池后备时间（h）；Vbat是电池组电压（Vdc）；η为UPS电池逆变效率，0.90～0.95，根据机型选取；K为电池放电效率，一般取值0.6～1。

3.4 电源监控系统的使用

电源系统的不同设备利用监控系统和接口单元将动作过程遗留的信号经过系统设备传输给控制中心部门。在控制中心设置一套完整的监控系统，在整合全线各站停车场的通信电源遥信基础方式内容后，实时验证设备运行状态，并将已经处理完毕的数据资料和故障隐患实施对照，维持后期工序的紧密衔接。监控系统实现对交流配电柜、防雷器工作状态的全程监督，之后联系蓄电池组的充放电实况信息完成尾部职能交接。通信电源系统监控信号的数据格式和协议内容相对开放，并按照统一技术要求实现控制中心的集中管理。