1 UPS不間斷電源介紹
UPS的中文意思為“不間斷電源”, 它可以保障計算機系統在停電之后繼續工作一段時間以使用戶能夠緊急存盤, 使您不致因停電而影響工作或丟失數據。它在應用中, 主要起到兩個作用:一是應急使用, 防止突然斷電而影響正常工作, 給設備造成損害;二是消除市電上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、電線噪聲和頻率偏移等“電源污染”, 改善電源質量, 為設備提供高質量的電源。
從基本應用原理上講, UPS是一種含有儲能裝置, 以逆變器為主要元件, 穩壓穩頻輸出的電源保護設備。主要由整流器、蓄電池、逆變器和靜態開關等幾部分組成 (如圖1) 。
2 城市軌道交通AFC系統配備UPS的必要性
供電系統是地鐵A F C系統的電能源泉, 是設備正常穩定運行的動力保證。一旦供電系統發生故障, 將使整條線路失去運營能力, 造成重大經濟損失。隨著地鐵線路的不斷增多, 地鐵供電系統復雜程度越來越高, 出現事故的可能性和故障波及的范圍、造成的損失也不斷增大。供電系統能否安全可靠運行將直接關系到地鐵的安全、穩定運營, 為了保證地鐵安全可靠地運行, 探討其供電系統安全措施是極其有意義的。
據IDC統計, 用電設備故障的45%是由電源問題引起的;在中國, 大城市停電的次數平均為0.5次/月, 中等城市為2次/月, 小城市或村鎮為4次/月, 電網存在至少九種問題:斷電、雷擊尖峰、浪涌、頻率震蕩、電壓突變、電壓波動、頻率漂移、電壓跌落、脈沖干擾;因此從改善電源質量和防止突然斷電影響地鐵AFC系統正常運行的角度來說, 給設備配備一臺UPS是十分必要的。
另外, 地鐵中很多精密的網絡設備和通信設備是不允許電力有間斷的, 以服務器為核心的網絡中心要配備UPS是不言而喻的, 因此為防止數據丟失而配備UPS也是十分必須的。
3 UPS選型
UPS按工作原理分成后備式、在線式與在線互動式三大類, 如表1所示。
根據地鐵運行環境對電力要求非常高的特點, 在地鐵中適宜選用在線式UPS。
下面介紹一下UPS功率的選擇。
首先要確定您的設備是多大功率的, 具體設備的功率數值可以參考該設備的說明書。其次應了解UPS的額定功率有兩種表示方法:視在功率 (單位VA) 與實際輸出功率 (單位W) , 由于無功功率的存在所以造成了這種差別, 兩者的換算關系為:視在功率*功率因數=實際輸出功率, 在線式的功率因數一般是0.8。給設備配UPS時應以UPS的實際輸出功率為匹配的依據進行選擇。
4 蓄電池容量計算
根據蓄電池恒功率放電參數可以快速準確地選出蓄電池的型號。首先計算在后備時間內, 每個12v單體電池至少應向UPS提供的恒功率。
P (W) :電池組提供的總功率;P (VA) :UPS標稱容量 (VA) 。
Pf:UPS功率因子;η:逆變器轉換效率。Pnc:每cell需要提供的功率;n:機器配置的電池數量。
N:單體電池cell數;Vmin:電池單體終止電壓。
計算步驟:
P (W) ={P (VA) ×Pf}/η
Pnc=P (W) / (N×n)
可以在根據電池的Vmin下的恒功率放電參數表中, 找出等于或者稍大于Pnc的功率值, 這一功率值所對應的型號即能夠滿足U P S系統的要求。如果表中所列的功率值均小于Pnc?？梢酝ㄟ^多組電池并聯的方式達到要求。
5 UPS在沈陽地鐵AFC系統中的應用
沈陽地鐵一號線AFC系統共涉及22座車站。
系統輸入電源為一路經過電力切換后的交流三相380V電源。輸入電源經過交流配電柜接入UPS主路輸入端;同時該380V輸入電源接入AC380V/AC220V變壓器原邊, 變壓器AC220V輸出端接入UPS旁路輸入端。U P S工作模式為三相輸入, 單相輸出, 因此旁路輸入回路增加一級AC380V/AC220V變壓器, 確保UPS旁路工作時, 電網三相負載相對平衡。
UPS輸出單相AC220V, 經過隔離變壓器后再通過交流配電柜分別輸出至負載。AFC系統負載為售檢票機、閘機以及機房設備, 根據供電要求在對應輸出端配置輸出防雷器件。
UPS環節配置的蓄電池, 可以保證系統輸入停電后, 售票機設備持續運行30分鐘, 閘機設備可以持續運行5分鐘。
根據各車站機房條件和負載情況, 22座車站共設計三種供電方案。
(1) 每個車站設置1臺UPS, 全部負載接到U P S。
(2) 每個車站配置2臺UPS, 1臺UPS帶載自動售票設備, 后備時間30分鐘, 另1臺UPS帶載閘機設備, 后備時間5分鐘。
(3) 每個車站配置2臺UPS, 售檢票設備和閘機設備混合接到兩臺UPS輸出端, UPS后備時間30分鐘。為保證閘機部分在5分鐘后停止供電需要將所有閘機供電統一在一個空氣開關的后面, 并統一加入時間繼電器與接觸器, 具體如圖2所示。
具體工作原理:由圖2所示, “T”為停電觸點、“KT”為延時繼電器、“KM”為交流接觸器。圖1中AC220V為市電輸入, 先通過空開再到交流接觸器。此次方案中設置KT為5分鐘的定時功能。當市電正常時, T斷開, KT閉合。通過KM供電的閘機正常工作。當市電異常, T閉合, 延時開斷路器KT開始動作, 在我們設置的5分鐘后, KT斷開, 從而驅動KM斷開, KM后端閘機斷電。由以上系統即可實現閘機在市電停電后5分鐘停止工作。
6 結語
本文給出了UPS在沈陽地鐵自動檢票系統中的具體的設計方案, 對AFC自動檢票機系統的供電保障有著一定的現實意義。
摘要：本文分析了UPS的工作原理及特點, 以沈陽地鐵AFC系統中UPS的設計應用為例, 介紹了UPS在城市軌道交通中的選型及應用。
關鍵詞：軌道交通,UPS,AFC
參考文獻
[1] 孫彰林.地鐵供電系統可靠性設計[J].現代城市軌道交通, 2006.