淺談地鐵弱電系統(tǒng)集中UPS設(shè)計(jì)論文
1、引言
早期地鐵弱電系統(tǒng)主要有通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)，隨著近年來計(jì)算機(jī)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(tǒng)的范圍越來越廣，目前主要有通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)(AFC)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)、綜合安防系統(tǒng)(ISDS，含門禁)、乘客資訊系統(tǒng)(PIS)等，這些系統(tǒng)供電負(fù)荷等級均為一級或二級負(fù)荷，需要通過UPS供電，以便在市電掉電時(shí)進(jìn)行緊急操作。因?yàn)楦飨到y(tǒng)計(jì)算對供電容量要求時(shí)都比較保守，如果按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法每個(gè)系統(tǒng)都自設(shè)UPS，那么總的用電容量將會很大，導(dǎo)致電力專業(yè)做供電設(shè)計(jì)時(shí)對設(shè)備容量計(jì)算不準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)值過大，不但造成投資和電能的浪費(fèi)，給電網(wǎng)造成較大的壓力，而且UPS的效率也會很低。另外過多的UPS涉及的規(guī)格型號過多、過亂，給運(yùn)營維護(hù)管理帶來很大不便，所以對地鐵車站的弱電UPS進(jìn)行整合勢在必行。
2、各系統(tǒng)UPS整合可行性分析
地鐵中弱電系統(tǒng)眾多，而且運(yùn)營管理部門分散，所以在進(jìn)行UPS整合設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)營管理模式、系統(tǒng)的安全性及可維護(hù)性對各系統(tǒng)進(jìn)行分析，以確定合理的整合范圍。
地鐵通信系統(tǒng)主要由專用通信系統(tǒng)、公眾通信系統(tǒng)及警用通信系統(tǒng)構(gòu)成。其中專用通信系統(tǒng)歸地鐵運(yùn)營管理;公眾通信系統(tǒng)中的傳輸子系統(tǒng)由地鐵建設(shè)方投資建設(shè)，運(yùn)營商租用;警用通信系統(tǒng)由地鐵建設(shè)方代建，建成后交付公安部門運(yùn)營管理。因此在UPS整合設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到運(yùn)營管理的部門不一致，建議將專用通信系統(tǒng)以及公眾通信系統(tǒng)中的傳輸子系統(tǒng)納入集中UPS的供電范圍，其它設(shè)備所需UPS由各運(yùn)營方設(shè)置并單獨(dú)管理。
信號系統(tǒng)設(shè)備主要由計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、控制設(shè)備以及信號機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)等組成，其中車載設(shè)備由車輛負(fù)責(zé)供電，轉(zhuǎn)轍機(jī)用電可不納入U(xiǎn)PS系統(tǒng)。由于信號系統(tǒng)涉及行車安全，雖然可納入集中UPS供電范圍，但在具體設(shè)計(jì)時(shí)需與信號專業(yè)協(xié)商供電的范圍及方式。
綜合監(jiān)控系統(tǒng)(含F(xiàn)AS、BAS、SCADA)是地鐵弱電系統(tǒng)的信息共享平臺，除SCADA子系統(tǒng)涉及供電電系統(tǒng)外，其它系統(tǒng)設(shè)備均可納入集中UPS供電范圍。
自動售檢票系統(tǒng)、乘客資訊系統(tǒng)、綜合安防系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備及閘機(jī)、售票機(jī)、充值機(jī)、各種顯示屏、攝像頭、編碼器、解碼器、監(jiān)視器等終端設(shè)備組成，這些系統(tǒng)以IT設(shè)備為主，在弱電集中UPS設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)不同類型設(shè)備的特點(diǎn)計(jì)算所需UPS的容量和備用時(shí)間。
綜上所述，弱電系統(tǒng)的負(fù)載類型基本一致，在技術(shù)上均可以納入集中UPS統(tǒng)一供電，在實(shí)際設(shè)計(jì)中可根據(jù)不同地方的運(yùn)營維護(hù)模式和安全性要求進(jìn)行UPS整合。
3、地鐵弱電系統(tǒng)用電分析
在《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157-2003)中，地鐵各弱電系統(tǒng)用電負(fù)荷等級及蓄電池備用時(shí)間不盡相同，例如通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、FAS系統(tǒng)按一級負(fù)荷供電，而AFC系統(tǒng)要求供電負(fù)荷不低于二級，通信系統(tǒng)備用時(shí)間為4小時(shí)、FAS系統(tǒng)為1小時(shí)，信號系統(tǒng)備用時(shí)間為30分鐘，AFC系統(tǒng)對備用時(shí)間無具體要求。另外，綜合監(jiān)控系統(tǒng)、乘客資訊系統(tǒng)、綜合安防系統(tǒng)是近幾年才發(fā)展起來的，在《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中沒有具體條文規(guī)定用電要求。因此在進(jìn)行弱電集中UPS設(shè)計(jì)時(shí)要統(tǒng)一各系統(tǒng)的負(fù)荷等級，按照一級負(fù)荷設(shè)計(jì)，蓄電池備用時(shí)間可由UPS配電柜按照規(guī)范要求時(shí)長做分時(shí)切斷。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對各系統(tǒng)的用電特點(diǎn)進(jìn)行分析，詳細(xì)計(jì)算各系統(tǒng)的用電負(fù)荷，表1為根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際工程計(jì)算得出的標(biāo)準(zhǔn)地下車站各弱電系統(tǒng)的用電容量：
綜合監(jiān)控系統(tǒng)的用電容量只包括車站級設(shè)備，F(xiàn)AS、BAS用電容量單獨(dú)計(jì)算，綜合監(jiān)控系統(tǒng)的備用時(shí)間參照FAS系統(tǒng)備用時(shí)間。AFC、PIS的備用時(shí)間是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定的，閘機(jī)備用時(shí)間按完成一次操作計(jì)算。由于不同地鐵線路建設(shè)方對信號系統(tǒng)納入弱電集中UPS供電存在不同要求，因此如信號系統(tǒng)不納入集中UPS，則UPS容量只需120KVA，信號系統(tǒng)非集中站容量按10KVA另外計(jì)算。通信系統(tǒng)容量只計(jì)算專用通信系統(tǒng)及公眾通信系統(tǒng)中的傳輸子系統(tǒng)。
4、弱電集中UPS供電設(shè)計(jì)方案
通過以上分析，地鐵弱電系統(tǒng)采用集中UPS供電是可行的，在具體設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程情況進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。
在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)各系統(tǒng)的用電位置、容量、備用時(shí)間等因素統(tǒng)一設(shè)計(jì)。一般應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)原則：
(1)針對各系統(tǒng)的不同備用時(shí)間，應(yīng)在配電柜能對各系統(tǒng)用電進(jìn)行分時(shí)切斷。
(2)對于各系統(tǒng)中相對獨(dú)立的子系統(tǒng)可分回路供電，例如通信系統(tǒng)中的專用通信系統(tǒng)與公眾通信系統(tǒng)。
(3)集中UPS對每個(gè)系統(tǒng)的供電方式為每回路三相，AC380V，各系統(tǒng)分別對系統(tǒng)設(shè)備做二次配電，負(fù)責(zé)三相負(fù)載平衡。
(4)應(yīng)詳細(xì)計(jì)算蓄電池的容量，確定電池及電池柜的數(shù)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(dú)設(shè)置電源室并向結(jié)構(gòu)專業(yè)提供詳細(xì)的機(jī)房荷載要求。
在深圳地鐵5號線弱電集中UPS設(shè)計(jì)中，信號系統(tǒng)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(tǒng)納入，其它各弱電系統(tǒng)計(jì)算用電總?cè)萘繛?02KVA，選用容量為120KVA的在線式UPS，按一級負(fù)荷供電，在配電回路中采用時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)備用時(shí)間的分時(shí)切斷。另外，在配電柜預(yù)留備用回路，以便滿足今后新增設(shè)備用電。在實(shí)際設(shè)計(jì)中將全線各站弱電集中UPS納入設(shè)置在控制中心的UPS維護(hù)工作站進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)了對UPS的遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)。
在具體工程設(shè)計(jì)中還應(yīng)注意：
(1)相關(guān)專業(yè)計(jì)算本專業(yè)用電容量時(shí)要準(zhǔn)確，不得另加裕量;
(2)各專業(yè)計(jì)算用電量時(shí)是按照所有設(shè)備的額定負(fù)載相加計(jì)算的，在選取UPS時(shí)應(yīng)根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)折算，否則將導(dǎo)致UPS容量過大，效率降低;
(3)UPS在帶70%額定容量負(fù)載時(shí)，效率最高，因此UPS系統(tǒng)容量(KVA)=用戶系統(tǒng)容量(KVA)/0.7。
5、結(jié)論
在地鐵設(shè)置弱電集中UPS可以解決各系統(tǒng)分設(shè)UPS帶來的運(yùn)營維護(hù)管理的不便，實(shí)現(xiàn)了對UPS的遠(yuǎn)程監(jiān)控及維護(hù)。集中UPS用電容量小于各系統(tǒng)分設(shè)UPS時(shí)總?cè)萘浚档土藢﹄娏Φ挠秒娯?fù)荷要求，也達(dá)到了節(jié)能的目標(biāo)。在地鐵工程中采用弱電集中UPS供電是可行的，也是當(dāng)前地鐵設(shè)計(jì)的趨勢。
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