1、概述

UPS在其發展初期，僅被視為一種備用電源。后來，由于電壓浪涌、電壓尖峰、電壓瞬變、電壓跌落、持續過壓或者欠壓甚至電壓中斷等電網質量問題，使計算機等設備的電子系統受到干擾，造成敏感元件受損、信息丟失、磁盤程序被沖掉等嚴重后果，引起巨大的經濟損失。因此，UPS日益受到重視，并逐漸發展成一種具備穩壓、穩頻、濾波、抗電磁和射頻干擾、防電壓浪涌等功能的電力保護系統。UPS電源不僅能提供持續的電源供應，還具有對市電進行穩壓、穩頻、濾波、抗電磁射頻干擾、防止電壓的浪涌和下陷等功能。地鐵弱電系統主要包括通信系統、信號系統、屏蔽門系統、自動售檢票系統和主控系統等。通信系統又分為地鐵專用通信、民用通信和公安通信三部分。弱電系統負荷大部分是計算機類負載，作為地鐵這樣一種大規模公共交通工具，其安全性顯得更為重要，所以地鐵弱電系統的供電特點是：一級負荷，各系統分別由來自變電所兩段母線分別饋出一路電源，末端自動切換，再配送到UPS輸入端；UPS為在線式，在市電正常供電時，首先將市電交流電源變成直流電源，然后進行脈寬調制、濾波，再將直流電源重新變成交流電源，即它平時是由交流電經整流后又以逆變器方式向負載提供交流電源。一旦市電中斷，立即改由蓄電池以逆變器方式對負載提供交流電源。對在線式UPS電源而言，在正常情況下，無論有無市電，它總是由UPS電源的逆變器對負載供電，這樣就避免了所有由市電電網電壓波動及干擾帶來的影響。顯而易見，在線式UPS電源的供電質量明顯優于后備式UPS電源，因為它可以實現對負載的穩頻、穩壓供電，且在由市電供電轉換到蓄電池供電時，其轉換時間為零。

2、模塊式UPS

UPS的冗余主要有兩種：串聯冗余和并聯冗余。串聯冗余是采用同機型的兩套UPS設備串聯，實現主從熱備，主機一直滿載，備機蓄電池長期浮充，有一定的轉換實時間，擴展較困難，可適用性較小。并聯冗余指采用兩套或兩套以上的UPS設備并聯均分負載，相比串聯冗余具有一定的優勢，在市場中占有的份額越來越大，新型模塊式UPS的出現將并聯冗余發展到一個新的臺階。模塊化UPS是從設計和工作的原理方面來講的，其本身(也就是模塊)就是一臺UPS，包括整流器、逆變器、靜態旁路開關及附屬的控制電路、CPU主控板。它可以打破傳統的“1+1”或“N+1”的冗余機制，實現“N+X”的故障冗余及升級擴容，采用的熱插拔技術可以允許單體模塊在不需停電的前提下任意進入或退出并聯單元，從而實現了并聯系統的在線維護，同時無需專門的儀器或技術即可進行，提高了UPS系統的可靠性和適用性。模塊式UPS的出現在一定程度上解決了大功率UPS集中供電在可靠性上的瓶頸，模塊式UPS熱插拔并機結構圖如圖1所示。



3、大功率UPS集中供電分析

UPS的供電方式可分為UPS集中供電方式和UPS分散供電方式兩種。集中供電方式是指由一臺大功率UPS向車站整個弱電系統負載提供應急供電。分散供電是現在比較流行的一種配備方式，就是根據設備的需要分別配備適合的中小功率UPS。



集中UPS供電是隨著整體機房的出現而漸出現的，證券、移動、聯通、電信等行業整體機房或區域中心機房的不斷出現，這使集中UPS供電的發展也提上了日程。整體機房對電源的要求是：高可靠性、便于擴展、易于管理和節省空間。而今UPS并機冗余、熱插拔式以及數字控制技術的發展使得UPS的可靠性得到很大的提高，能漸漸滿足整體機房的電源可靠性需求。

地鐵車站弱電系統比較多，空間位置相對集中，大部分位于車站車控室附近，負載不是很大，15～80KVA不等，典型的車站弱電用房布置圖如圖2、圖3所示。



（注：屏蔽門控制室在信號設備室下面的站臺區）

地鐵各系統對UPS的要求的共同點如下：

*高可靠性；

*電源質量優質，具有穩壓和限流功能等；

*在市電故障情況下能安全自動投入，轉換時間越短越好；

*整機效率要求較高；

*UPS為在線式；

*易于實現電源監控；

*功率因數盡量高，降低對電網的影響。

地鐵各系統對UPS備用時間的要求如下：

*屏蔽門控制電源備份0.5小時；

*通信系統重要負荷備份4小時，次重要負荷備份1小時；

*信號系統車站為0.25小時；

*主控系統要求備份時間0.5小時；

*AFC系統備份時間為0.5小時。

地鐵弱電系統房間布置相對較集中，對UPS的要求也有很多共同點，整個弱電系統使用一套UPS集中供電具有一定的可行性。地鐵弱電系統UPS集中供電系統圖如圖4所示，車站配置一個專門的弱電系統綜合電源室，由地鐵車站靠近車控室端的變電所0.4KV開關柜室兩端母線分別饋出一回路，末端自動切換作為大功率集中供電UPS的輸入電源，然后經過UPS處理后按照備份時間的不同分別向地鐵車站各弱電系統饋出，可根據各弱電系統的需求和功能定位的區別來確定饋出回路數。



但是，上述各系統雖然在地鐵都屬重要弱電系統，各弱電系統之間相互比較，在地鐵中的重要性又有輕重。一般情況下，地鐵發生安全問題主要有三種情況：信號故障、停電和火災，可見信號系統應具有很高的安全性和可靠性，凡涉及行車安全的設備必須滿足故障-安全原則。屏蔽門系統在區間火災事故等情況下也顯得尤為重要，高可靠性的UPS電源能保證屏蔽門在火災事故下處于開門位置，方便乘客從區間向車站站臺疏散，等等。如果各系統共用一套集中UPS供電，就會增加故障點，其它弱電系統的故障可能會影響整個UPS系統的正常工作，這樣就可能增大故障范圍。另外，若地鐵車站整個弱電系統采用集中UPS供電，

UPS容量為各個弱電系統容量的累加和并考慮一定的遠期裕量，蓄電池的配置則要綜合考慮各個弱電系統備份時間的不同進行相應換算才能得到，具體的計算見參考文獻[3]。

地鐵通信系統以往是地鐵專用通信、民用通信和公安通信單獨設各自的UPS系統，目前已有地鐵實現了地鐵通信系統內部的UPS集中供電。

4、結論

隨著數字技術的快速發展，熱插拔式模塊化UPS技術的不斷成熟，大功率UPS集中供電的可靠性及遠程監控水平等也會得到不斷的提高，地鐵整個弱電系統采用一套大型的UPS集中供電不久將可能實現。

參考文獻：

[1]張紀軍，周一峰.集中與分散兩種供電方式的比較.黑龍江通信技術，2003，3(1).

[2]黃探宇.高可靠性集中熱備份UPS供電系統.南京工業大學學報，2002，24(3).

[3]汪家榮，石俊杰.中、大型UPS蓄電池監測管理和容量配置.通信電源技術，2001，4.

[4]張乃國.UPS供電系統應用手冊[M].北京：電子工業出版社，2003.

[5]李成章.現代UPS電源及電路圖集[M].北京：電子工業出版社，2001.

[6]廣州軌道交通相關工程技術要求等.


S集中供電方式和UPS分散供電方式兩種。集中供電方式是指由一臺大功率UPS向車站整個弱電系統負載提供應急供電。分散供電是現在比較流行的一種配備方式，就是根據設備的需要分別配備適合的中小功率UPS。



集中UPS供電是隨著整體機房的出現而漸出現的，證券、移動、聯通、電信等行業整體機房或區域中心機房的不斷出現，這使集中UPS供電的發展也提上了日程。整體機房對電源的要求是：高可靠性、便于擴展、易于管理和節省空間。而今UPS并機冗余、熱插拔式以及數字控制技術的發展使得UPS的可靠性得到很大的提高，能漸漸滿足整體機房的電源可靠性需求。

地鐵車站弱電系統比較多，空間位置相對集中，大部分位于車站車控室附近，負載不是很大，15～80KVA不等，典型的車站弱電用房布置圖如圖2、圖3所示。



（注：屏蔽門控制室在信號設備室下面的站臺區）

地鐵各系統對UPS的要求的共同點如下：

*高可靠性；

*電源質量優質，具有穩壓和限流功能等；

*在市電故障情況下能安全自動投入，轉換時間越短越好；

*整機效率要求較高；

*UPS為在線式；

*易于實現電源監控；

*功率因數盡量高，降低對電網的影響。

地鐵各系統對UPS備用時間的要求如下：

*屏蔽門控制電源備份0.5小時；

*通信系統重要負荷備份4小時，次重要負荷備份1小時；

*信號系統車站為0.25小時；

*主控系統要求備份時間0.5小時；

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