UPS供电系统在城市轨道交通中的应用与维护

刘裕林

摘要：近年来，城市轨道交通发展迅猛，各机电系统是轨道交通运营指挥、企业管理、服务乘客和传递信息的平台，保证列车安全高效运营，为乘客提供高质量的服务。其中供电设备的可靠性就成了重中之重，市电电网中接有各种各样负载，对电网造成干扰和污染，恶化供电质量，影响负载的正常运行。UPS供电系统的建设目的，是通过UPS供电系统给机电系统用电设备提供高质量的、不间断電源，来保证用电设备正常工作。文章主要分析了UPS供电系统在城市轨道交通中的应用与维护，以供参考。

关键词：UPS供电系统;轨道交通;应用;维护

引言：不间断电源，是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给设备提供稳定、不间断的电力供应。在轨道交通行业有着十分重要的应用。

1不间断电源概述

不间断电源UPS大致分为以下四种：

1.1在线式（online）UPS电源

在线式UPS的特点是：无论电网交流电压正常还是中断，UPS的逆变器始终处于工作状态，并向负载提供全部所需电能。

1.2后备式UPS电源

在电网供电电压正常时，负载始终由电网直接供电。只有当电网供电中断或不正常时，才由UPS中的逆变器将蓄电池储存的直流电逆变为交流电向负载供电。

1.3在线互动式UPS电源

在线互动式UPS电源也称准在线UPS电源，其蓄电池充电由具有双向逆变功能的逆变器工作在整流状态来实现。

1.4Delta变换式UPS电源

在Delta变换式UPS电源中，电网电压经串联的补偿电压补偿后再向负载供电，可向负载提供较高质量的电源，补偿电压来自Delta变流器交流输出端输出变压器的二次线圈。

2 冗余备份的供电方式

轨道交通各机电系统用UPS是以冗余备份方式工作的。从冗余配置方案看，有以下方式：主从型热备份供电方式;直接并机冗余供电方式;双总线冗余供电方式。

（1）主从热备份供电方式：热备份冗余方式为两套UPS串联切换。正常运行时，只有主UPS给关键负载供电，而另一台处于空载状态，如果主UPS有故障不能运行，它就切换到旁路，而备用UPS在过了大约2～8ms后自动接替工作。这种结构价格经济，但有许多单点故障。如果主UPS出了故障，另一台必须接替全部负载，意味着在约8ms内，另一台必须把供电从0增加到100%，此方式缺陷在于备用UPS长期处于空载状态，其电池寿命会缩短、容量会下降，且备用UPS得具有阶跃性负载承载能力，无扩容能力。由于人们很难实时了解备用UPS各部分有无故障或隐患，当要启动备用机时，可能就无法正常工作了。

（2）直接并机冗余供电方式：n+1型UPS冗余并机供电方案是在确保各台UPS单机的输出处于电压幅度相同，输出频率和相位相同条件下，将n+1 台具有相同输出功率UPS单机的输出端并联起来，共同向具有n台UPS单机输出功率的负载供电。正常工作时，由n+1台UPS平均分担负载电流，当某台UPS出故障时，在并机控制信号调控下，在将故障UPS自动脱机的同时，由剩下n台UPS继续供电。

（3）双总线冗余供电方式：在UPS供电系统中，输出端与负载间配有配电柜、断路器等，若碰到检修或产生故障等，上几种配置形式将引起负载停电，即系统的故障率虽降低，但可维护性并没彻底解决。因此，可采用双总线冗余配置，此方案中分别设有UPS系统1和UPS系统2两套系统。在轨道交通中，各机电系统采用双总线冗余供电方式来增加系统的稳定性和可靠性，消除可能出现在UPS输出端与最终地铁用户负载端之间的单点瓶颈故障隐患，提高输出电源供电系统的容错功能。

3 UPS的实际应用

在城市轨道交通机电系统中，UPS设备在车站、车辆段和控制中心都有应用。通信系统在车站设2套，为专用系统UPS和公共设备UPS，在控制中心设1套为中央级设备供电，在车辆段设1套为培训维修及交换机等设备供电;车站信号系统采用较大容量UPS，控制中心和车辆段较小容量UPS;综合监控系统由设备监控、防灾报警和电力监控3个子系统组成，一般车站主控设备室设1套，控制中心设1套为综合监控系统设备供电，设1套为大屏幕设备供电，在车辆段设1套;在车站设BAS、AFC、PIS的UPS设备，车辆段设置BAS的UPS设备;在车站屏蔽门控制室设1套UPS。

UPS供电有分散与集中供电两种。在城市轨道交通供电系统中集中供电方式成为趋势。集中供电整体成本比分散供电成本低，随着UPS容量增加其单位容量成本是降低的;集中供电可靠性远远大于分散供电，大容量UPS的可靠性高于中小容量UPS;集中供电便于安装维护与管理，分散供电需要安装空间多，布线缺乏规划等，集中供电系统可以通过后台监控软件在一台PC上对UPS统一监控和管理，而分散供电达到相同效果投资更大。在深圳3号线已采用集中供电方式，很多在新设计的线路也在采用集中供电的方式。但屏蔽门系统有许多电机性负载，启动时会有较大冲击电流，对UPS逆变器产生冲击，会产生过载或转旁路，所以一般建议单独供电。

UPS容量根据负载总容量确定，一般可以按下列公式选择：UPS容量≥负载容量/0.8，即负载容量为UPS额定容量的80%以下，选择80%负载主要是考虑负载启动冲击电流以及今后扩容需要。在配置ups蓄电池时要注意，由于UPS通常采用大量电池组为备用电源，电池多、重量重，在设计房间要关心载荷的计算，用户可根据所需的UPS容量计算出电池的型号和重量，在机房筹建装修时与建设方或设计方提结构承重加固事宜或采用零散架等，如果UPS容量很小就不必考虑了，安装时必须要考虑到UPS系统安装地板的承重，UPS电池柜最好装在地面楼层或载重梁处。

4 UPS供电系统的维护

4.1 UPS主机的维护

UPS主机是整个UPS系统的心脏，为了提高UPS系统的运行稳定性、供电可靠性，对UPS电源主机功能维护尤为重要：

（1）经常检查各种自动告警和自动保护功能均应正常;经常检查设备工作和故障指示是否正常。

（2）定期进行UPS系统各项功能测试，检查其逆变器、整流器的启停、UPS与市电的切换等是否工作正常。

（3）定期查看UPS主机内部的元器件的外观是否正常，发现异常现象应查明原因及时处理。

（4）定期检查UPS各主要模块和风扇电机的运行温度有无异常，经常保持机器清洁，定期清洁散热风口、风扇及滤网。

（5）定期检查主机、蓄电池组、配电部分引线及接线端子的接触情况，检查馈电母线、电缆及软接头等各连接部位的连接是否可靠，并测量其压降和温升是否符合要求。

4.2 UPS蓄电池的维护

（1）经常检查蓄电池的清洁、单体电池两端的电压、电池温度;电池之间连接处有无松动、腐蚀现象、压降是否符合要求;电池外殼是否完好、有无外壳变形和渗漏;极柱、安全阀周围是否有酸雾溢出。

（2）UPS系统使用的阀控式密封蓄电池，在市电供电质量高、很少发生停电的使用环境中，蓄电池长期处于浮充电状态，时间长了就会造成电池化学能与电能相互转化的活性降低，加速老化而缩短使用寿命。因此，UPS蓄电池应适度做一些核对性放电试验，放电时间可根据蓄电池的容量和负载大小确定，一般放出额定容量的30%～40%;对于单体2V的电池，每三年做一次容量试验;使用六年后，应每年做一次容量试验;对于单体6V及12V的电池，应每年做一次容量试验。一次全负荷放电完毕后，按规定再充电8小时以上。

（3）蓄电池自检参数应每季度记录一遍，如有UPS系统可提供详细的数据，可作为核对性放电试验参数，以此作为电池状态的定性参考依据。

5 结语

总之，城市轨道交通工程是百年工程、民生工程，合理采用UPS的结构与供电方式将对轨道交通机电系统的安全性、经济性产生较大影响。

参考文献：

[1]梁明晖.UPS在轨道交通中的应用[J].通信电源技术，2019（2）.

[2]刘卡丁.弱电系统后备电源整合与智能化计时管理[J].城市轨道交通，2020（11）.