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台达UPS地铁弱电系统解决方案

www.cechina.cn2009.05.21

  应 用 摘 要
  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DC-48V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www.cechina.cn,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。
  应 用 领 域
  交通地铁
  方 案 内 容
  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下:

该方案的系统示意图


  系统中的两台UPS容量相等,互为备份www.cechina.cn,彼此通过两根相互冗余的通讯线相连,使它们的相位始终同步,确保后面的STS切换顺畅。
  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控制工程网版权所有,容错能力强www.cechina.cn,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、电池漏夜等保护功能,并且有近、远端的紧急关机功能CONTROL ENGINEERING China版权所有,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。
  技 术 路 线
  UPS容量选择
  由UPS集中供电的负载情况表可知,车站、车辆段、停车场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%,符合系统可靠性的要求。
  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。
  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:
  P(W) 电池提供总功率 P(VA) 负载标称容量(VA)
  Pf 负载输入功率因数 η UPS逆变转换效率
  Pnc 每只电池需要提供的功率 n UPS配置的电池数量
  N 单颗电池的cell数
  P(W)={P(VA)×Pf}/η
 
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