于　航

摘要：文章通過比較地鐵系統(tǒng)設置分散的不間斷電源方式與集中設置整合不間斷電源的方式理論分析和實測對比，提出了進行電源整合，可降低運營成本，提高運營可靠性，實現(xiàn)資源共享。

關鍵詞：軌道交通；地鐵工程；電源設備；電源整合；不間斷電源

中圖分類號：U492

文獻標識碼：A

文章編號：1009-2374(2009)17-0027-02

城市軌道交通系統(tǒng)的車站內包含眾多的弱電設備系統(tǒng)，如通信、信號、綜合監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、辦公自動化、門禁、自動售檢票、火災自動報警、安全門、應急照明、變電所綜合自動化等系統(tǒng)，均有各自計算機、網(wǎng)絡設備及自動化控制設備，這些系統(tǒng)負責地鐵車站的旅客運輸、環(huán)境監(jiān)控、信息傳遞和乘客導引等，都屬于重要或特別重要的負荷，為旅客提供舒適、安全的乘車環(huán)境。因其突出的重要性，其設備除了需要可靠的低壓電源外，還設置了各自的不間斷電源設備，以保證供電可靠性和供電質量。根據(jù)系統(tǒng)設備電源需求不同，不間斷電源設備主要包括UPS、EPS、直流屏等。

由于車站分散設置的電源設備，增加運營維護成本、車站占地面積，帶來眾多的不便。

一、目前地鐵工程不間斷電源設備設置現(xiàn)狀

目前大部分地鐵工程，通信、信號、綜合監(jiān)控、自動售檢票、火災自動報警系統(tǒng)各設置一套UPS裝置，應急照明系統(tǒng)設置EPS裝置一套或多套，安全門系統(tǒng)驅動部分設置直流電源屏一套、控制部分設置UPS裝置一套，變電所設置直流電源屏一套。每個車站需要設置約8套甚至更多不間斷電源裝置，每套裝置設置在各個系統(tǒng)設備的附近或設置在獨立的房間內。在地鐵運營期間，每個運營部門都要配備電源維護工具，進行各自獨立的電源管理。

二、電源整合的必要性

在以往的軌道交通工程中，車站各弱電系統(tǒng)分別配置自己的不間斷電源設備，各電源系統(tǒng)分散布置，相互獨立，主要存在如下問題：

1、在運營維護中，各系統(tǒng)基本沒有設置專業(yè)的電源維護人員，造成實質上的電源系統(tǒng)少維護或維護不當?shù)臓顩r，導致蓄電池容量降低，不能達到備用時間要求。影響供電安全。

2、電源系統(tǒng)分散配置，存在設備重復配置、利用率低，占地面積大等缺點，經濟上不合理。

3、分散設置的方式無法實現(xiàn)資源共享。

4、隨著電力電子設備制造工藝和應用技術的發(fā)展，大容量電源系統(tǒng)和先進控制技術在通信和電力系統(tǒng)中成熟使用，為軌道交通工程中實現(xiàn)對各個電源系統(tǒng)的整合提供了有利條件。電源整合已經勢在必行。

三、電源整合目的

1、對各電源裝置進行硬件整合和集中布置，便于電源系統(tǒng)的統(tǒng)一維護與管理。

2、通過集中布置減少設備用房面積，降低車站土建工程造價。

3、通過硬件整合減少設備重復配置，實現(xiàn)資源共享，節(jié)省設備投資。

四、整合方案

(一)電源整合的產生

由于電子設備在日常生活中、工業(yè)生產中、交通運輸中的使用不斷增多，并且起到了不可代替的作用，在各個領域中電子設備的后備電源的采用也隨之增多。

在某些領域中，如：電力、通信、信號等領域有大量的電子設備集中設置，可能設置在集中的一個房間內，或幾個相鄰的房間內。如果對應的每套設備都設置一套備用電源裝置，將增大設備投資，增加設備占地面積，增加維護維修工作量。因此，產生了早期的電源整合的想法。

(二)電源整合的發(fā)展

電源整合早期出現(xiàn)在電力、通信、信號等領域的內部，范圍的整合。整合后有效地提高了電池的利用率，增加了系統(tǒng)的可靠性。這種方式在國內外都有采用。

地鐵工程有著系統(tǒng)眾多，配合緊密、復雜的特點，多系統(tǒng)共存且互相依賴；對于地鐵的正常運營，各個系統(tǒng)缺一不可。上個世紀末期，國外的部分地鐵工程對設備的備用電源進行了整合，把幾個系統(tǒng)的備用電源取消，取而代之的是容量較大的一套備用電源設備。這種整合方式，應用了早期整合的概念，并對那種系統(tǒng)內部整合方式進行擴展；幾個不同的系統(tǒng)進行了整合。

近期的國內部分地鐵工程借鑒了國外的經驗，對地鐵系統(tǒng)的部分備用電源進行了整合。至此，電源整合概念已經被初步引入到了國內地鐵工程中，但因初步引入整合概念，工程實施尚未到成熟階段。

(三)北京軌道交通機場線電源整合方案的選擇

對于本工程的技術要求較高，簡單的沿用以往技術，已經不滿足機場線作為奧運工程的需求。需要根據(jù)實際需要，吸取以往經驗，結合目前設備的技術狀況，詳細分析確定其方案。

針對這種情況，本工程的電源整合方案已經不能照搬照套既有方案，既有方案不能滿足本工程的需求。地鐵工程是多系統(tǒng)共存的復雜配合工程，需要考慮到所有的系統(tǒng)需求，使系統(tǒng)配合完善，可靠性更高。

經過對以往工程的調查、研究，提出了多種方案，邀請了多位專業(yè)討論；不斷的完善、改正，最終得到了初步的方案：把UPS整合方式與直流整合方式相結合，吸取了兩種方案的優(yōu)點，推出，一種全新的綜合整合方式，同時滿足了本工程所有用電設備的需求，實現(xiàn)了真正意義的備用電源整合。

針對本方案，進行了詳細的設備調研，找到可靠的滿足系統(tǒng)需求設備。對于本方案，需要大容量的整流裝置，對此調研了國內幾個有實力的有自主研發(fā)能力的企業(yè)，均表示有此產品，并有在其他工程中應用業(yè)績。至此，本方案已經證實本方案的合理性，可以進行工程實施。

(四)方案構成

本方案集中設置電池，并進行統(tǒng)一的電池管理、充電、放電，根據(jù)不同系統(tǒng)的不同電源需求，考慮設置電池，由多系統(tǒng)電子設備共同使用。

系統(tǒng)由一套電池裝置、監(jiān)控裝置、智能配電柜和相應的逆變裝置(設置在用電設備附近)組成。

對于通信、信號等采用交流電源的設備在用電設備附近設置逆變設備，將直流220V電源逆變成交流220V電源；逆變設備接收直流電源外，同時接受兩路來自車站變電所的低壓交流電源(380／220V)。

對于供電系統(tǒng)的變電所斷路器操作電源、繼電保護裝置等采用直流電源設備，由本系統(tǒng)直接供電，提供兩路電源，互相備用。

當整合系統(tǒng)外電源正常時，充電器直接對變電所設備供電；當整合系統(tǒng)外電源故障時，電池設備放電，維持正常運行。

系統(tǒng)構成圖如圖1所示。

(五)系統(tǒng)運行方式

直流系統(tǒng)南低壓動照專業(yè)提供兩路獨立的三相AC380V輸入電源，兩路交流進線電源互為備用，并設置進線電源切換裝置。直流系統(tǒng)設置兩套充電裝置和兩組蓄電池并列運行，保證在事故狀態(tài)下，滿足所有系統(tǒng)后備電源的供電要求。

兩路交流進線電源全失電時，由蓄電池向各弱電系統(tǒng)提供后備電源，則開始計時各弱電系統(tǒng)的用電時間，按照不同后備時間順序切掉負載。

饋電開關切掉負載后，如果本系統(tǒng)交流進線恢復正常供電，并且蓄電池電壓在正常范圍內，則自動合上饋電開關。實現(xiàn)對電源進行智能的自動化的管理。

五、結語

本工程采用了綜合電源整合方案，達到了電源整合的目的，實現(xiàn)了完整的整合方式，推動了電源整合技術的進步。

(一)設備的外電源

未整合前每個用電系統(tǒng)只有兩路來自變電所低壓開關柜的交流電源。整合后，除以上兩路電源外，還有一路來自電源整合系統(tǒng)的直流電源；相當于有三路外電源，可靠性大大提高。

(二)電池設置

經過本工程的后備電源整合，使電池容量的設置更趨向合理化。由于設置統(tǒng)一共用的電池裝置，使得在保證系統(tǒng)可靠的前提下，降低了電池的總容量。

(三)資源共享

通過本工程的整合方案實施，實現(xiàn)了整個車站電池資源共享。本工程的電池容量設置，滿足車站整體停電時，所有設備的用電容量以及時間需求。當單用電系統(tǒng)失去交流外電源時，設備可以得到更多的電池電源，用電時間大大延長，大大提高了電池的利用律。

(四)運營維護

集中設置電池裝置后，由專門維護維修人員負責電池的管理，通過周期性的充放電，活化電池，將提高電池的使用壽命。同時，由專門維護維修人員進行運營管理，將大大提高工作效率。

(五)環(huán)保

本工程的綜合電源整合方案的實施，大大減少了電池設置數(shù)量，利于社會的環(huán)境保護。

本工程的整合方案充分的借鑒了國內外的經驗、技術，詳細分析了本工程的特點以及系統(tǒng)需求，經過多方討論、論證，并進行了詳細的設備調研，成功的對地鐵車站的不間斷電源進行了全部的整合，此方案在借鑒前人的基礎上，推進并發(fā)展了電源整合的理念，使電源整合理念和方案漸趨成熟。

作者簡介：于航(1976-)，男(滿族)，遼寧興城人，中鐵電氣化勘測設計研究院工程師，研究方向：城市軌道交通供電系統(tǒng)。