UPS的应用随处可见，而在地铁弱电系统中，将UPS和智能化配电系统与蓄电池组整合起来，还是一个崭新的应用领域，本文重点介绍中达在该领域的成功案例。

一、地铁弱电系统的电源需求

地铁弱电系统应用在地铁的车站、车辆段、停车场、控制中心等场所，包括通信、信号、综合监控(电力监控PSCADA、环境与设备监控BAS、火灾自动报警FAS、门禁ACS)、自动售检票系统AFC、乘客信息系统PIS、屏蔽门、变电所直流操作、应急照明等部分，系统一般由计算机、网络设备及自动化控制设备组成，用电为一级负荷，因此需要高可靠性的后备电源进行不间断供电，以保证供电质量和供电连续性。 屏蔽门驱动电机、变电所直流操作以及部分通信设备分别用到DC110V、DC220V和DC48V电源，一般由专门的直流电源独立供电。应急照明一般为交流感应式的负载，分布在整个车站范围内，点多面广，多采用EPS供电。剩余的通信、信号、电力监控、环境与设备监控、门禁、火灾报警、自动售检票、乘客信息、屏蔽门网络控制等系统均为计算机和网络设备等容性负载，需要AC380／220V电源，最适合采用UPS系统进行供电。

由于地铁运营环境及其设备的特殊性，一般要求提供电源的UPS系统满足下列要求：

1．可靠性强，能适应地下运行环境，以确保车站各弱电系统设备全天候、稳定、可靠地运行。
2．绿色环保，避免污染电力环境及自然环境。
3．安全性高，保护全面，不易造成人为设备故障，不会威胁人身安全。
4．便于近、远端管理，有标准的通讯接口及开放的通讯协议。
5．尽量采用集中式供电，综合利用各种资源。目前，轨道交通UPS电源整合是一个发展趋势，全国各地地铁新建线路都在进行UPS整合工作，因为这样更有利于资源的综合利用，更有利于设备的专业化维护与管理，同时也有利于节省机房使用面积。

表1是某地铁线路弱电系统中适合UPS集中供电的负载情况，它在地铁地业中具有一定的代表性：

根据地铁应用环境对UPS系统的具体要求，我们选用由台达NT系列UPS(12P)、中达电通DCF126系列蓄电池和中达电通智能配电柜组成的双电源输入、双母线架构、共享电池组、负载分时供电的集中供电组合方案。

该方案的系统示意图如图1：

该系统有下列特性符合地铁应用环境的需求：

1．可靠性强，适应地下运行环境。如：UPS耐温、湿度范围宽，抗外界干扰能力强，输入电源的电压和频率范围宽，输出电力品质高，全桥逆变加隔离变压器对负载适应性强，内部重要线路冗余备份，容错能力强，单机MTBF高达30万小时等。而双母线架构对负载又有了双重保障。

2．UPS低谐波，高效率，低辐射，低噪音等特性体现了绿色环保、对电力环境及自然环境污染少的特性。

3．UPS符合CE、TUV、IEC等安全标准，具有过温、过载、短路、误操作、电池漏液等保护功能，并且有近、远端的紧急关机功能，安全可靠，不易造成人为设备故障和人身安全威胁。

4．UPS配备大型中／英文图形化LCD显示，以及RS232、RS485、20选6的智能干接点以及供选购的SNMP、MODBUS卡等，并有开放的通讯协议提供，便于近、远端监控管理。对于本方案可将UPS监控纳入综合监控系统(ISCS)，与综合监控系统FEP接口，实现对电源的统一监控管理。

5．本方案在每个站点配置一台大功率的UPS集中供电，可使负载综合利用电力资源。同时，共享电池组和分时供电的方式也是综合利用资源的一个具体体现。

三、UPS容量选择

由UPS集中供电的负载情况表可知，车站、车辆段和控制中心的负载量依次为：126KVA、103KVA、74KVA和126KVA。这些负载都是电脑性的，输入功率因数一般为0.7，小于UPS的输出功率因数0.8，选择UPS容量时应当按VA值来计算。为了确保UPS长期安全可靠地运行，负载量一般设定在UPS额定容量的60％～80％。所以车站、车辆段、停车场和控制中心应分别配置160KVA、160KVA、100KVA和160KVA的UPS，它们的负载量最大能达到单台UPS的78％、64％、74％和78％，符合系统可靠性要求。

四、电池配置计算

本方案采用UPS共享电池组方案，并且市电停掉后要分时供电给负载。以车站为例：有40KVA的负载后备2小时，46KVA的负载后备1小时，40KVA的负载后备0.5小时。其负载时间坐标图如下：

基于电池的放电特性，若采用分时间段(竖直分)计算法，结果会比实际的配置偏大；若采用分功率段(水平分)计算法，结果会比实际的配置偏小。这里采用分功率段(水平分)计算法计算，然后再将结果进行修正。计算过程如下：


根据中达电能电池的恒功率放电特性表可得出2小时放电时间，1.75V截止电压下，DCF12612／100型号的电池能提供68.4W的功率，169.39／68.4=2.48N。

2．46KVA1小时

根据中达电通电池的恒功率放电特性表，可得出1小时放电时间，1.75V截止电压下，DCF12612／100型号的电池能提供112.2W的功率，194.80／112.2=1.74组。

3．40KVA0.5小时

根据中达电通电池的恒功率放电特性表可得出0.5小时放电时间，1.75截止电压下，DCF12612／100型号的电池能提供181.3W的功率，169.39／181.3=0.93组。
2.48+1.74+0.93=5.15(组)

同样可以计算出车辆段UPS系统需配置中达电通DCF12612／100型号的电池4组；停车场UPS系统需配置中达电通DCF12612／100型号的电池3组；控制中心UPS系统需配置中达电通DCF12612／100型号的电池6组。

五、供电运行方式与逻辑关系

结合方案的系统示意图可以了解系统的供电运行方式与逻辑关系。

1．正常供电运行方式

两路主电源为两台UPS供电，主电源1接UPS1的主输入，主电源2接UPS2的主输入，两台UPS的旁路同时接到主电源1或者主电源2上(不同的站点可以不同)。两台UPS同时输出到各个负荷侧的STS开关，通过设置STS开关状态，实现大约各带一半负载。这样能确保两路电源上的负载量基本均分，当两台UPS都运行于旁路状态时，相位仍然同步，STS转换不受影响。

UPS1和UPS2同时为电池组充电，充电电流各占50％。为了日后维修和保养方便，每台UPS和每组电池都装有自己的连接开关。

2．UPS故障运行方式

a．UPS2故障，则通过STS将所有的负载切换到UPS1，然后维修UPS2，修复后再恢复原带载运行方式。
b．UPS1故障，则通过STS将所有的负载切换到UPS2，然后维修UPS1，修复后再恢复原带载运行方式。
c．两台UPS都故障，则通过两台UPS的静态旁路供电给负载。此时，可以将两台UPS打到维修旁路或者轮流关闭进行维修，修复后再转为原带载运行方式。

3．电池组故障运行方式

电池组分为36组并联，若发现电池故障或者报警，维修人员切除故障的电池分组，进行维修维护工作，修复后再将电池分组重新投入运行。

4．失去1路主电源运行方式

a．UPS2主电源失电，则UPS2停止输出，通过STS将所有负载切到UPS1。

b．UPS1主电源失电，则UPS2停止输出，通过STS将所有负载切到UPS2。

5．失去2路主电源运行方式

此时两台UPS同时转到电池组放电状态，通过STS后共同分担后面的负载。若此时任何1台UPS故障，其后面的负载都会通过STS转移到另外一台UPS上去，电池组也会全部转给正常的UPS使用，后备时间不受影响。

智能配电柜会结合各负荷的后备时间要求，按时切除相应的负载。

6．检修运行方式

a．检修单台UPS时，断开一台进行检修，另一台正常运行。
b．检修单组蓄电池时，断开一组进行检修，其它电池组正常运行。
c．当两台UPS同时检修时，可将两台UPS打到维修旁路或者轮流关闭进行检修。

六、方案特点分析

概括起来，该方案具有以下几个特点：

1．UPS电源采用集中式配置，跟分散式配置相比，该方案更能综合利用UPS和蓄电池资源，具有设备可靠性高、节省安装空间、维修和管理方便等优点，符合地铁行业的发展趋势。

2．输入电源采用双路同时分别供电，跟前端采用ATS切换装置相比，该方案更节省投资，使双路电源负载均分，并且避免了ATS的单点故障。

3．系统采用两台UPS双母线架构，跟单机和双机并联架构相比，减少了单故障点，增强了可靠度。

4．采用双机共享电池组方式，确保任何一台UPS故障时，系统总的后备时间不受影响，并且同时具备了以下优点：

a．节省购买电池的资金投资，相应的搬运、安装等投资也跟着减少。 b．节省安装空间投资，相应的装修费、空调配置等投资也跟着减少。

c．节省承重方面的投资。

d．节省电耗、维护保养等运营成本方面的投资，更加环保。

e．系统扩容比较方便，主机和电池组的扩容可以分别进行，非常安全、方便，可以灵活利用资金。

f．发挥电池的最大效能，提高电池利用率。对于传统的电池配置方案，由于电池数量较多，停电后电池会小电流放电，电池容量可能还没有放掉多少，市电就已经恢复。这种小电流的浅度放电对电池是没有好处的，久而久之电池性能就会下降，一旦某台UPS坏掉，其它UPS电池的后备时间就会达不到要求。而对于共享电池组方案，由于电池数量相对较少，停电后电池的放电电流就会比较大，电池容量也可以放的比较多，这样有利于提高电池的活性，延长电池寿命。一旦某台UPS坏掉，系统的后备时间也不会受到影响，因为电池不会跟着UPS失效而失效。

5．根据负载重要程度，采用分时供电方式，合理分配资源，实现效益最大化。

6．采用台达NT系列UPS，该产品更能符合轨道交通方案需求，产品品质优异、厂家服务周到。同时采用冗余的通讯线代替LBS，节省了投资，提高了效率，增加了系统可靠度。

七、公司、产品及服务介绍

台达电子集团(DELTA)是世界第一的交换式电源供应器领导厂商，每月生产超过一百万台转换电源供应器，为全球最大的制造商。台达在品质管制、可靠度的控制及维修服务方面的杰出表现，已被广泛的认可，每年都收到HP、IBM、NEC、GE……等主要客户所颁发的奖牌。同时，台达设于世界各地的工厂均通过了ISO9000认证，研发和生产的UPS电源也销往世界各地。

台达NT系列UPS采用先进的IGBT高频切换正弦脉宽调变技术设计，使UPS供电质量好、效率高、热损耗小、噪音低、体积小及寿命长；同时采用模组化设计可降低平均修护时间(MTTR)，使维护工作更简便；藉由微处理器的数字化设计，简化复杂的模拟线路及大量减少零件数目，使系统更为安全可靠。该产品还具有一些其它品牌所难以比拟的优异特色，如：8台并机无须并机卡、共享电池组、电池漏液保护、内存500笔信息数据、智能监控，可规划干接点等等。

本方案所选用的中达电通蓄电池具有失水少、自放电小、密封安全、使用寿命长等优点，是一款性价比很高的产品。

中达电通智能配电柜是中达电通跟斯米克机电公司合作生产的，内部组件采用施耐德或者ABB的高性能产品，整柜外形美观，性能安全可靠。

中达电通在全国拥有35个分支机构和服务网点，遍及各地，可为用户提供方便快捷的售前、售中、售后服务。对国内的用户郑重承诺：报修立刻响应，30分钟内提供问题有效解决方案，2～24小时赶赴现场(紧急情况下就近最快的交通工具抵达现场)，故障现场4小时内处理完毕。

八、总结

台达NT系列UPS在工厂、医疗、交通、通信、证券、金融等行业都有广泛应用。在轨道交通方面已安全运行于北京地铁，上海地铁9#线、6#线、8#线等，目前又已中标沈阳地铁、南京地铁等项目。此外在青藏线、京沪线等铁路交通干线上也都有台达NT第列UPS在正常运行，目前该UPS又已中标合宁线、京津线等铁路项目。

台达NT系列UPS可组成十多种安装方案，其中多机共享电池组方案，在并联、双母线架构下都可以采用。目前，在上海铁路局调度控制中心有两台30KVA的UPS共享电池组在正常运行；在九江电信有两320KVA的UPS共享电池组在正常运行；在山东省委机要局有两台40KVA的UPS共享电池组在正常运行；在山东电视台有两台30KVA的UPS共享电池组在正常运行；在鹰潭电信有三台40KVA的UPS共享电池组在正常运行等等这些案例从来没有因为共享电池组而发生过故障。所以说台达UPS在共享电池组方面的技术相当可靠，经验非常丰富。

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