中心議題：

• 地鐵工程電源子系統(tǒng)概述
• 地鐵電源系統(tǒng)組成與運作

應(yīng)用重點：

• 采用寬輸入電壓范圍的UPS
• 采用高功率三相PFC架構(gòu)設(shè)計的UPS
• 采用ECO模式運行UPS

近年來城市軌道交通行業(yè)發(fā)展迅猛，國內(nèi)各大城市陸續(xù)建設(shè)城市地鐵，地鐵已經(jīng)是一些大中城型市不可缺少的交通工具，地鐵系統(tǒng)中通信系統(tǒng)是地鐵工程運營指揮、企業(yè)管理、服務(wù)乘客和傳遞各種信息的網(wǎng)絡(luò)平臺，系統(tǒng)應(yīng)具有先進性、開放性、可靠性、易擴充性、組網(wǎng)靈活性等特點，能傳遞語音、數(shù)據(jù)、圖像等各種信息的綜合數(shù)字通信網(wǎng)。

通信系統(tǒng)在正常情況下應(yīng)能保證列車安全高效運營，為乘客提供高質(zhì)量的出行服務(wù)，在異常情況下能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)楣┓罏?zāi)求援和事故處理的指揮通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)的重要性決定了，通信系統(tǒng)供電設(shè)備的可靠性也就成了重中之重，由于市電電網(wǎng)中接有各種各樣的負(fù)載，對電網(wǎng)造成了干擾和污染，惡化了供電質(zhì)量，影響了負(fù)載設(shè)備的正常運行，導(dǎo)致服務(wù)器的數(shù)據(jù)丟失等問題的產(chǎn)生，給用戶造成了不可估計的損失。

UPS供電系統(tǒng)的建設(shè)目的，是通過UPS供電系統(tǒng)給機房內(nèi)用電設(shè)備提供高質(zhì)量的、不間斷電源，來保證用電設(shè)備正常工作。UPS不間斷電源系統(tǒng)可以解決數(shù)據(jù)機房電源斷電、電壓尖峰、電壓浪涌、頻率漂移、諧波干擾、過欠壓、電壓波動及噪聲電壓等由市電電源質(zhì)量差對前端設(shè)備造成的危害。

一般地鐵工程通信系統(tǒng)由以下13個子系統(tǒng)組成：
⑴傳輸系統(tǒng)、⑵專用無線通信系統(tǒng)、⑶公務(wù)電話系統(tǒng)、⑷專用電話系統(tǒng)、⑸廣播系統(tǒng)、⑹電視監(jiān)視系統(tǒng)、⑺時鐘系統(tǒng)、⑻旅客向?qū)到y(tǒng)、⑼綜合布線系統(tǒng)、⑽電源系統(tǒng)、⑾公用傳輸系統(tǒng)、⑿公用移動通信引入系統(tǒng)、⒀公安、消防無線引入系統(tǒng)

地鐵工程電源子系統(tǒng)概述

為了保證通信設(shè)備在主電源中斷或波動情況下，通信各子系統(tǒng)仍能可靠地工作，地鐵通信系統(tǒng)中電源系統(tǒng)將承擔(dān)全線范圍內(nèi)所有控制中心、車站、車輛段通信設(shè)備的供電。因此對供系統(tǒng)要求要有極高的可靠性，要有連續(xù)不斷的、高效、安全、可靠的電力供應(yīng)以保證負(fù)載運行。

地鐵工程電源子系統(tǒng)在控制中心、各車站、車輛段的通信設(shè)備室及電池室內(nèi)分別設(shè)置UPS電源設(shè)備，免維護電池。控制中心、各車站、車輛段均采用在線式UPS，UPS系統(tǒng)只提供交流220V電源，通信各子系統(tǒng)如采用其它方式電源，由通信各子系統(tǒng)自配的整流裝置產(chǎn)生。

控制中心、各車站、車輛段的通信設(shè)備室均設(shè)有電源監(jiān)控設(shè)備，控制中心、各車站、車輛段的通信機房的環(huán)境參數(shù)、電源供應(yīng)情況、電源設(shè)備的運行狀態(tài)及故障告警信息將通過傳輸系統(tǒng)送到控制中心統(tǒng)一監(jiān)測。

電源子系統(tǒng)需要的設(shè)備有UPS、蓄電池組、動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，交流配電屏、雙路電源切換屏、交流配電屏等設(shè)備組成。
在世界能源和經(jīng)濟危機突顯的今天，國家在積極的倡導(dǎo)企業(yè)節(jié)能減排，綠色，節(jié)能、環(huán)保這些以前人們不太重視的詞匯現(xiàn)在已經(jīng)深入人心，國內(nèi)也有很多城市的地鐵工程也將打造一條綠色的城市軌道交通系統(tǒng)為目標(biāo)來建設(shè)。

如何打造地鐵的綠色電源系統(tǒng)

地鐵電源系統(tǒng)一般包括UPS、蓄電池、動力環(huán)境集中監(jiān)控，防雷箱，雙路電源切換屏、輸入輸出配電屏等設(shè)備組成。

通信電源系統(tǒng)為不間斷電源系統(tǒng)，由強電引入兩路交流380V電源至雙路電源切換配電屏，按一級負(fù)荷供電給在線式UPS系統(tǒng)。
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UPS系統(tǒng)提供交流380V電源至通信機房交流配電屏，交流配電屏分配各220V分路至通信機房設(shè)備，并提供380V支路至公用傳輸機房交流配電屏。

控制中心、各車站、車輛段的通信機房均設(shè)有監(jiān)控設(shè)備，將通信機房的環(huán)境參數(shù)、電源供應(yīng)情況、運行狀態(tài)及故障告警信息將通過傳輸系統(tǒng)送到控制中心統(tǒng)一監(jiān)控。

電源系統(tǒng)中最核心的設(shè)備就是UPS，可以稱做綠色的電源系統(tǒng)的主要因素也就是UPS，那么，UPS具備哪些功能才能稱得上是綠色呢？UPS又有哪些綠色的功能適合在地鐵電源系統(tǒng)中使用呢。

1寬廣輸入電壓范圍

UPS的輸入電壓范圍代表了UPS適應(yīng)電網(wǎng)的能力，同時電壓范圍寬廣也有著降低用戶投資成本，節(jié)能環(huán)保的作用，用戶在對UPS供電系統(tǒng)的投資中，蓄電池往往占有很大的比例，例如地鐵電源系統(tǒng)大多為要求后備延時時間在2~4個小時，這樣在系統(tǒng)中就需要投入大量的蓄電池，UPS寬廣的輸入電壓范圍可以有效的減少電池的充放電次數(shù)，延長電池使用壽命，達到節(jié)能環(huán)保，節(jié)省投資的效果。特別是在電網(wǎng)波動較大的環(huán)境下，該功能發(fā)揮的作用越大。

2高整機效率

地鐵的用電量非常大，每年花在電上的費用是非常巨大的，另外，耗電量大也不能符合國家對企業(yè)節(jié)能減排的要求，所以在選用用電設(shè)備時，效率尤為重要，效率的高低是決定設(shè)備每年的耗電量有多少的最主要的一項參數(shù)，各UPS廠家也在苦心研究如何更高的提升UPS的整機效率以達到節(jié)能的效果，以80KVA的UPS為例，大多數(shù)設(shè)備的效率為92%左右，如果效率可以提升2%，一年可節(jié)省約11212度電,這還未算效率提升后設(shè)備無功損耗降低，減少發(fā)熱，空調(diào)節(jié)省的電。所以在地鐵電源系統(tǒng)在選用UPS時，效率是非常重要的一項參數(shù)。

3高輸入功率因子、低輸入諧波電流

綠色的UPS要有高輸入功率因子，低諧波電流。高輸入功率因子，可以使UPS對市電的利用率提高，減小無功損耗，達到節(jié)能的效果。諧波電流低，可以減小UPS對電網(wǎng)的污染，達到環(huán)保的功能。同時提高輸入功率因子及降低輸入電流諧波失真還可以減小UPS輸入端的線纜,保險,空開等容量,減少發(fā)電機匹配的容量,降低用戶的投資成本。

早期投入使用的UPS電源都是采用硅整流形式，內(nèi)置輸出隔離變壓器，行業(yè)內(nèi)稱為工頻機，而工頻機的輸入功率因子較低，一般在0.75~0.85左右，諧波電流一般都在20%~30%左右，想改善這些參數(shù)就需要采取一些措失如下：

6脈沖+無源濾波器PF>0.9,ITHD<10%.
12脈沖+無源濾波器PF>0.95,ITHD<5%.
有源濾波器PF>0.95,ITHD<5%.
混合濾波器PF>0.99,ITHD<3%.

從上述可以看出增加不同的設(shè)備可以使輸入功率因子和諧波電流達到不同等級的效果，但增加濾波器這樣的設(shè)備同樣要要有大量的投資，要占用機房空間以及還要增加設(shè)備的自身耗電。由于提升這些參數(shù)需要增加大量的投資往往讓用戶望而卻步。

那么，還有其它的解決UPS輸入功率因子和諧波電流的問題的方法嗎？當(dāng)然，最好的解決方法就是選用采用高功率三相PFC架構(gòu)設(shè)計的UPS，這種UPS無須外加濾波器就可以使用輸入功率因子提升至≥0.99，諧波電流降至3%以下，當(dāng)然這種架構(gòu)的UPS也會越來越受到廣大用戶的青睞。

4智能風(fēng)扇變速功能

UPS的散熱基本是靠風(fēng)扇來完成，如果風(fēng)扇出現(xiàn)故障或者轉(zhuǎn)速不夠，UPS的運行就會出現(xiàn)問題，大多廠商的UPS都全將風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速設(shè)置為快速，而UPS供電系統(tǒng)中，大多數(shù)的帶帶比例都在60%~70%,并機系統(tǒng)中帶載比例會更少，會在30%~40%左右，這樣，如果風(fēng)扇如果長年都是全速運轉(zhuǎn)，不但會浪費很多電能，也會降低風(fēng)扇的使用壽命。

UPS具備智能風(fēng)扇變速功能是指風(fēng)扇具有多段轉(zhuǎn)速自動控制，UPS的控制系統(tǒng)可以根據(jù)負(fù)載的實際大小和環(huán)境溫度來控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，來達到節(jié)能的效果，也能有效的延長風(fēng)扇使用壽命。

5體積小、重量輕。

地鐵的電源系統(tǒng)機房大多都在地鐵下，地鐵工程在土建施工時需要有大量的投入，在地下每多挖一平米的空間要投入非常高昂的投入，包括人力，物力，和能源都會有很大的消耗。因此，動力機房空間也非常有限，要更合理的來利用，所以在選用設(shè)備時在保證設(shè)備質(zhì)量的基礎(chǔ)上最好能選擇何積小、重量輕的設(shè)備，以便節(jié)省機房使用空間。

6ECO模式運行

ECO模式又稱經(jīng)濟模式，UPS在正常運行時處于靜態(tài)旁路狀態(tài)，在市電波動超出可用范圍或市電斷電情況出現(xiàn)時，由蓄電池供電。

通過對機房電網(wǎng)進行評估,在電網(wǎng)情況較好的區(qū)域可采用ECO模式,采用此方式可使UPS的效率提高到97.5%,以400KVAUPS為例,

UPS額定容量:400KVA(輸出功率因子:0.8)
整機效率:93%
經(jīng)濟模式效率:97.5％
若以80%負(fù)載使用經(jīng)濟模式,則可以減少12.7KW功率損耗。轉(zhuǎn)化成一年可節(jié)省電費=12.7*365*24=111252KWH(約合11.12萬度電)

另外,由于UPS效率的提高及發(fā)熱量的減少,亦可節(jié)省機房空調(diào)設(shè)備的用電量及電費。ECO模式目前國內(nèi)很少有使用，原因是工作時，市電直接供給負(fù)載使用，因此失去了UPS對負(fù)載的保護功能，另外市電由旁路切換至蓄電池供電時一般會有1~4ms的切換時間。所以在要求高可靠度的地鐵工程中，此項功能不會使用。