通德电潦狻】．： ２０１ ８年９月２５日第３５卷第９期Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 墨！ ： 三二 坠 Ｌ 旦 ｄｏｉ：１（）．１９３９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｔｐｔ．２０１ ８．０９．０４１ 城市轨道交通集中式ＵＰＳ电源系统设计 王亚彬 （中国铁路设计集团有限公司，天津３００２５１） 摘要：针对城市轨道交通集中式ＵＰＳ电源系统的工程设计实际问题，探讨了集中式ＵＰＳ电源系统的运行方案选择 和工程计算方法，为集中式ＵＰＳ电源系统在城市轨道交通建设中的推广应用提供有力支撑。 关键词：集中式ＵＰＳ；运行方式；负荷计算；电池容量 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ＵＰＳ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｕｒｂａｎ Ｒａｉｌ Ｔｒａｎｓｉｔ ＷＡＮＧ Ｙａ－ｂｉｎ （Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｄｅｓｉｇｎ Ｇｒｏｕｐ Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００２５１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ＵＰＳ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｕｒｂａｎ ｒａｉｌ ｔｒａｎｓｉｔ，ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ＵＰＳ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｓｔｒｏｎｇ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ＵＰＳ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｕｒｂａｎ ｒａｉｌ ｔｒａｎｓｉｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ＵＰＳ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ；ｌｏａｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ｂａｔｔｅｒｙ ｃａｐａｃｉｔｙ ０ 引 言 招标施工图阶段多依赖于工程经验，而主机容量定型 和电池容量配置依赖于中标集成商的技术能力，一定 随着我国经济发展和城镇化建设，城市轨道交通 程度上影响系统设计的合理性。集中式ＵＰＳ的负荷 实现快速发展，截止２０１７年底中国大陆已有３５座城 计算主要分为主机容量计算和电池容量计算。 市，１７１条线路开通。考虑资源优化、集中利用、减少 表１ 集中式ＵＰＳ电源系统供电方式对比表 投资、便于维护管理和降低运营成本的因素，在轨道轨 道交通工程中集中式ＵＰＳ方案比分散式独立ＵＰＳ方 案更有优势，在新兴城市或新建线路中成为首选方案。 然而，现行规范和标准尚未对城轨集中式ＵＰＳ有明确 的系统设计规定，一定程度上影响了集中式ＵＰＳ电源 系统的合理应用。 １ 集中式ＵＰＳ的运行方式 作为城市轨道交通中重要负荷的后备电源，供电 可靠性要求较高，集中式ＵＰＳ电源系统一般采用冗余 备份的供电方式。冗余配置方案主要包括：主从备份 方式、直接并机冗余方式和双总线冗余方式，系统配 置、运行方式和特点，详见表１。 从工程投资角度，方案一与方案三的投资相当，方 案二的投资相对低。而结合地铁车站、场段及ＯＣＣ的 负载容量不大（相对与数据中心工程），方案二的技术 经济性并不明显。考虑到运营单位对集中式ＵＰＳ的 供电可靠性和可维护性有迫切实际的需求，方案三在 城市轨道交通中应用具有较强的优势。 ２集中式ｕＰＳ的工程计算 由于ＵＰＳ电源系统集成度较高，相关计算具有较 强的专业性，工程设计人员在可行性研究、初步设计和 收稿日期：２０１８—０６—２０ ２．１ ＵＰＳ主机容量计算 基金项目：中国铁路设计集团有限公司科技开发课题（合同编 按“双总线冗余”方案计算ＵＰＳ单机容量，需要的 号：７２１６４８）。 输入条件如下： 作者简介：王亚彬（１９８５一），男，河北献县人，工学硕士，工程师， 负载设备容量：Ｐ（ｋＷ），负载功率因数：ｃｏｓ ，需 ２０１１年毕业于河北工业大学电气工程专业，研究方向：铁路及 轨道交通工程电力系统设计。 要系数：Ｋ ，同时系数：Ｋ ，容量裕度系数：Ｋ ； 通往电．涿筏】Ｉ： ２０１８年９月２５日第３５卷第９期 Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｅｐ．２５，２０１８，Ｖｏ１．３５ Ｎｏ．９ 根据负荷计算公式： Ｓ】一（Ｐ１Ｋ ／ｃｏｓ￣ｌ＋Ｐ２Ｋ ／ｅｏｓ￣２＋… ＋Ｓ１Ｋ ＋５２Ｋ ＋…）Ｋ Ｋｋ 结合负载设备情况，Ｋ 一般取０．８～０．９５，Ｋ 一 般取０．７～０．９；根据ＪＧＪ１６—２００８第６．３．３条，Ｋｋ取 １．３。 在工程设计阶段，主机容量计算主要用于配电变 压器计算、设备尺寸与载荷、房问环控要求等设计配合 工作。 ２．２ ＵＰＳ电池容量计算 电池容量配置与ＵＰＳ冗余方案关系极大，“双总 线冗余”方案就有两种模式：一种模式，两套ＵＰＳ主机 均配置１００ 负载容量的后备电池；另一种模式，两套 主机各配置５Ｏ 负载容量的后备电池，且后备电池间 设置联络开关；两种模式的电池配置数量将相差一倍。 本文仅介绍按照额定负载容量需求，计算电池理论容 量步骤如下： （１）结合各负载所需的后备时间划分放电阶段，依 据ＹＤＴ５０４０—２００５｛通信电源设备安装工程设计规范》 计算出各阶段的放电电流，计算公式如下： ，Ｔ Ｓｃｏｓｑ￣ 一 中各负载工作性质和工作状态，按照无末期冲击放电 负荷（ＣＲ）校验蓄电池计算容量。 （３）根据上述蓄电池计算容量，结合蓄电池的最小 单体电压和单体容量，计算蓄电池的数量。以蓄电池 容量４７０ Ａｈ，直流输入电压６００ Ｖ，电池最小单体电压 １２ Ｖ，容量１２０ Ａｈ计算，将需要电池数量为：２００只（应 为“６００÷１２＝５０”的整数倍）。 在工程设计阶段，蓄电池容量的计算主要用于确 定电池的布置形式（电池柜／电池架）、估算结构载荷、 电池室的房屋面积及环控要求等设计配合工作。 ３结论 综合地铁工程集中式ＵＰＳ的整合负载性质、负载 容量和技术经济性，双总线冗余供电方式具有较强的 技术优势，随着市场份额增加和技术推广经济性也有 较大改进空间。集中式ＵＰＳ的主机容量计算和电池 容量计算，与设备选型和边界条件界定息息相关，直接 影响土建工程的设计和投资，故工程计算方法应合理 选择。 参考文献： ［１］ 中国城市轨道交通行业市场前瞻与投资战略规划分析报 告２０１８—２０２３ＶＺ３．２０１８． ［２］潘晓峰．中、小型双总线ＵＰＳ供电系统［Ｊ］．通信电源技 术，２００６，２３（５）：６５—６７． 式中，Ｊ为蓄电池放电电流（Ａ）；Ｓ为负载标称容量 （ＶＡ）；叼为逆变器转换效率；Ｅ为蓄电池放电时逆变 器的直流输入电压（Ｖ）；Ｋ为蓄电池的放电效率。根 据设备工艺和行业标准，一般逆变器效率叩介于０．９～ ０．９５；直流输入电压Ｅ（Ｖ）与主机容量和产品工艺相 关，一般主机８０ ｋＶＡ及以下取４００ Ｖ，８０～２００ ｋＶ问 取６００ Ｖ。 ［３］甘勇．ＵＰＳ在城市轨道交通中的应用［Ｊ］．科技传播， ２０１０，（１５）：１７０． ［４］梁明辉．ＵＰＳ在城市轨道交通中的应用［Ｊ］．通信电源技 术，２０１２，（４）：１００—１０３． （２）按照直流母线允许最低电压要求，确定单体蓄 电池放电终止电压。计算容量时，根据不同蓄电池型 式、终止电压和放电时间，从ＤＬ／Ｔ５０４４—２００４附表Ｂ＿ ６～表Ｂ．１４中查找容量换算系数（Ｋｃ），然后根据阶梯 计算法依次计算各阶段计算容量。考虑城市轨道交通 ［５］ＪＯＪ １６—２００８．民用建筑电气设计规范［ｓ］．２００８． ［６］ＹＤＴ５０４０—２００５．通信电源设备安装工程设计规范Ｉｓ］． ２００５． ［７］ＤＬ／Ｔ５０４４～２００４．电力工程直流系统设计技术规程Ｉｓ］． ２００４． （上接第１０４页） （５）模拟机维护更方便。升级后，通过Ｔｏｕｃｈ— ｓｃｒｅｅｎ可Ｔａｋｅ任意一个工作站，即任意一个维护工 作站可实现对所有工作站的维护工作；也可在教控台 和高级操纵员站，登录ＫＶＭ服务器控制网址维护其 他服务器工作站。升级前，维护中心有３组维护工作 站，每组维护站只能维护固定的部分服务器，操纵员站 和教控台的维护需要到对应工作站实施。 （６）硬件故障处理更容易。模拟机硬件出现异常 和故障时，利用Ｔｏｕｃｈｓｃｒｅｅｎ在任意非故障工作站 Ｔａｋｅ故障工作站服务器，根据显示现象从而初步判断 故障发生在ＶＸ８０前或后；而简化后的信号传输线路， 也更易于锁定故障设备或线路，从而及时处理故障。 （７）Ｔｏｕｅｈｓｃｒｅｅｎ Ｖｉｅｗ功能便于示范教学。由于 多台显示终端可以Ｖｉｅｗ同一源工作站，借助此功能， 维护人员可进行维护技能示范教学，模拟机教员也可 对操纵员或者其他教员进行示范操作授课。 ４结束语 ＶＸ８０设备虽然存在着造价高等缺点无法得到广 泛应用，但由于其无可比拟的优势，为ＡＰ１０００核电厂 全范围模拟机带来了诸多控制功能和优点。ＶＸ光纤 矩阵路由器值得在核电厂和航空等重要领域控制室推 广，用户可以根据实际需求选择适合的路由模块。 参考文献： Ｅｌｉ张俊．核电机组控制功能切换实现方法研究ＦＪ］．中国 高新技术企业，２０１５，（２２）：２３—２５． ［２］孙季红．ＡＰ１０００核电站模拟机ＫＶＭ网络的优越性［Ｊ］． 信息技术与信息化，２０１５，（２）：３９—４１．
