淺談地鐵弱電系統集中UPS設計論文
1、引言
早期地鐵弱電系統主要有通信系統、信號系統，隨著(zhù)近年來(lái)計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展以及乘客對地鐵服務(wù)水平需求的提高，地鐵弱電系統的范圍越來(lái)越廣，目前主要有通信系統、信號系統、自動(dòng)售檢票系統(AFC)、綜合監控系統(ISCS)、綜合安防系統(ISDS，含門(mén)禁)、乘客資訊系統(PIS)等，這些系統供電負荷等級均為一級或二級負荷，需要通過(guò)UPS供電，以便在市電掉電時(shí)進(jìn)行緊急操作。因為各系統計算對供電容量要求時(shí)都比較保守，如果按照傳統設計方法每個(gè)系統都自設UPS，那么總的用電容量將會(huì )很大，導致電力專(zhuān)業(yè)做供電設計時(shí)對設備容量計算不準確，設計值過(guò)大，不但造成投資和電能的浪費，給電網(wǎng)造成較大的壓力，而且UPS的效率也會(huì )很低。另外過(guò)多的UPS涉及的規格型號過(guò)多、過(guò)亂，給運營(yíng)維護管理帶來(lái)很大不便，所以對地鐵車(chē)站的弱電UPS進(jìn)行整合勢在必行。
2、各系統UPS整合可行性分析
地鐵中弱電系統眾多，而且運營(yíng)管理部門(mén)分散，所以在進(jìn)行UPS整合設計時(shí)應根據系統的運營(yíng)管理模式、系統的安全性及可維護性對各系統進(jìn)行分析，以確定合理的整合范圍。
地鐵通信系統主要由專(zhuān)用通信系統、公眾通信系統及警用通信系統構成。其中專(zhuān)用通信系統歸地鐵運營(yíng)管理;公眾通信系統中的傳輸子系統由地鐵建設方投資建設，運營(yíng)商租用;警用通信系統由地鐵建設方代建，建成后交付公安部門(mén)運營(yíng)管理。因此在UPS整合設計時(shí)，考慮到運營(yíng)管理的部門(mén)不一致，建議將專(zhuān)用通信系統以及公眾通信系統中的傳輸子系統納入集中UPS的供電范圍，其它設備所需UPS由各運營(yíng)方設置并單獨管理。
信號系統設備主要由計算機、網(wǎng)絡(luò )設備、控制設備以及信號機、轉轍機等組成，其中車(chē)載設備由車(chē)輛負責供電，轉轍機用電可不納入UPS系統。由于信號系統涉及行車(chē)安全，雖然可納入集中UPS供電范圍，但在具體設計時(shí)需與信號專(zhuān)業(yè)協(xié)商供電的范圍及方式。
綜合監控系統(含FAS、BAS、SCADA)是地鐵弱電系統的信息共享平臺，除SCADA子系統涉及供電電系統外，其它系統設備均可納入集中UPS供電范圍。
自動(dòng)售檢票系統、乘客資訊系統、綜合安防系統主要由計算機、網(wǎng)絡(luò )設備、存儲設備及閘機、售票機、充值機、各種顯示屏、攝像頭、編碼器、解碼器、監視器等終端設備組成，這些系統以IT設備為主，在弱電集中UPS設計時(shí)應根據不同類(lèi)型設備的特點(diǎn)計算所需UPS的容量和備用時(shí)間。
綜上所述，弱電系統的負載類(lèi)型基本一致，在技術(shù)上均可以納入集中UPS統一供電，在實(shí)際設計中可根據不同地方的運營(yíng)維護模式和安全性要求進(jìn)行UPS整合。
3、地鐵弱電系統用電分析
在《地鐵設計規范》(GB50157-2003)中，地鐵各弱電系統用電負荷等級及蓄電池備用時(shí)間不盡相同，例如通信系統、信號系統、FAS系統按一級負荷供電，而AFC系統要求供電負荷不低于二級，通信系統備用時(shí)間為4小時(shí)、FAS系統為1小時(shí)，信號系統備用時(shí)間為30分鐘，AFC系統對備用時(shí)間無(wú)具體要求。另外，綜合監控系統、乘客資訊系統、綜合安防系統是近幾年才發(fā)展起來(lái)的，在《地鐵設計規范》中沒(méi)有具體條文規定用電要求。因此在進(jìn)行弱電集中UPS設計時(shí)要統一各系統的負荷等級，按照一級負荷設計，蓄電池備用時(shí)間可由UPS配電柜按照規范要求時(shí)長(cháng)做分時(shí)切斷。在設計時(shí)應對各系統的用電特點(diǎn)進(jìn)行分析，詳細計算各系統的用電負荷，表1為根據設計經(jīng)驗及實(shí)際工程計算得出的標準地下車(chē)站各弱電系統的用電容量：
綜合監控系統的用電容量只包括車(chē)站級設備，FAS、BAS用電容量單獨計算，綜合監控系統的備用時(shí)間參照FAS系統備用時(shí)間。AFC、PIS的備用時(shí)間是根據工程經(jīng)驗確定的，閘機備用時(shí)間按完成一次操作計算。由于不同地鐵線(xiàn)路建設方對信號系統納入弱電集中UPS供電存在不同要求，因此如信號系統不納入集中UPS，則UPS容量只需120KVA，信號系統非集中站容量按10KVA另外計算。通信系統容量只計算專(zhuān)用通信系統及公眾通信系統中的傳輸子系統。
4、弱電集中UPS供電設計方案
通過(guò)以上分析，地鐵弱電系統采用集中UPS供電是可行的，在具體設計中應根據實(shí)際工程情況進(jìn)行方案設計。
在設計中應根據各系統的用電位置、容量、備用時(shí)間等因素統一設計。一般應遵循以下設計原則：
(1)針對各系統的不同備用時(shí)間，應在配電柜能對各系統用電進(jìn)行分時(shí)切斷。
(2)對于各系統中相對獨立的子系統可分回路供電，例如通信系統中的專(zhuān)用通信系統與公眾通信系統。
(3)集中UPS對每個(gè)系統的供電方式為每回路三相，AC380V，各系統分別對系統設備做二次配電，負責三相負載平衡。
(4)應詳細計算蓄電池的容量，確定電池及電池柜的數量。
(5)由于集中UPS的容量較大，因此UPS柜及蓄電池柜的整體重量較大，宜單獨設置電源室并向結構專(zhuān)業(yè)提供詳細的機房荷載要求。
在深圳地鐵5號線(xiàn)弱電集中UPS設計中，信號系統對集中UPS供電方式的安全性、可靠性有疑慮，因此未將信號系統納入，其它各弱電系統計算用電總容量為102KVA，選用容量為120KVA的在線(xiàn)式UPS，按一級負荷供電，在配電回路中采用時(shí)間繼電器實(shí)現各系統備用時(shí)間的分時(shí)切斷。另外，在配電柜預留備用回路，以便滿(mǎn)足今后新增設備用電。在實(shí)際設計中將全線(xiàn)各站弱電集中UPS納入設置在控制中心的UPS維護工作站進(jìn)行統一管理，實(shí)現了對UPS的遠程監控和維護。
在具體工程設計中還應注意：
(1)相關(guān)專(zhuān)業(yè)計算本專(zhuān)業(yè)用電容量時(shí)要準確，不得另加裕量;
(2)各專(zhuān)業(yè)計算用電量時(shí)是按照所有設備的額定負載相加計算的，在選取UPS時(shí)應根據工程經(jīng)驗適當折算，否則將導致UPS容量過(guò)大，效率降低;
(3)UPS在帶70%額定容量負載時(shí)，效率最高，因此UPS系統容量(KVA)=用戶(hù)系統容量(KVA)/0.7。
5、結論
在地鐵設置弱電集中UPS可以解決各系統分設UPS帶來(lái)的運營(yíng)維護管理的不便，實(shí)現了對UPS的遠程監控及維護。集中UPS用電容量小于各系統分設UPS時(shí)總容量，降低了對電力的用電負荷要求，也達到了節能的目標。在地鐵工程中采用弱電集中UPS供電是可行的，也是當前地鐵設計的趨勢。
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