城市轨道交通UPS集中供电系统技术探究

张小春

摘要：轨道交通是城市建设的重要内容，轨道交通的运动稳定性与供电系统有着直接关系，传统的UPS供电系统主要分布式供电为主，会产生较大的散流，影响轨道交通的运行成本。集中UPS供电系统不仅具有低成本优势，同时其可靠性也有着明显优势，已逐渐成为UPS供电系统的主要模式。本文重点研究了UPS供电系统的应用优势，并对其应用前景进行了展望。

关键词：城市轨道交通；UPS集中供电系统；技术探究

引言：

现阶段，我国经济发展进入了新的阶段，一、二线城市的轨道交通建设规划取得了快速的进步，伴随着产业的规模化和集约化，城市发展所需的轨道交通规模更加庞大。这种背景下，我国城市轨道交通建设需要配套更多的新型技术，提升城市轨道交通建设能力，电力系统需要做出相应的改革，保证轨道交通的供电水平。作为城市轨道交通系统的重要一环，供电系统的稳定性直接关系到轨道交通的运行安全，供电不稳定很容易出现交通安全事故，产生严重的损失。

1.城市轨道交通UPS集中供电系统的应用现状

城市轨道交通供电系统按照设计理念的差异，一般有UPS集中供电式和分散供电式两种，UPS分散式供电系统中的子系统UPS是独立的，UPS集中供电系统中则实施统一供电方案[1]。在UPS分散式系统中，变电站进行降压变电，将外接电源的点转换为35Kv，每段电缆母线都需要馈出多路馈线，与UPS电源进连接，同时，通信源、信号源、FAS也需要连接到双电源模式下，这种模式下，通信、信号，FAS都需要连接两路电源，并且由电源切换箱集中控制，在供电系统运行时，主路断开，旁路会自动完成切换电源，为轨道交通提供不间断的供电。与分散式供电系统相比，UPS集中式供电系统的结构较为简单，在降压变电所400V降压变电站引出两段母线，馈出1路电连接集中式UPS电源，集中式UPS电源与配电箱连接。分散式UPS和集中式UPS各有优势，但集中式UPS供电系统的投资成本方面具有较大优势，既能降低设备采购成本，也能减少设备维护工作。首先是节省成本的整体投入，集中式UPS供电系统中的馈线只有一条，因此设备采购数量大大减少，节省了采购设备的支出及人工成本[2]。且集中式UPS供电系统的设备型号具有标准化，采购人员只需要采购一个品牌，减少了采购流程。采用集中式UPS系统，整个设备集中管理，维护效率得到了增强。

2.城市轨道交通UPS集中供电系统技术的应用方法

2.1UPS集中式供电系统设计

UPS集中式供电系统在应用前，需要先进行系统整体方案的设计。城市轨道交通工程建设过程中，要掌握整个系统的组成结构，很多用电系统功率过大，或者功率过小，接入集中供电系统会影响到UPS的稳定性。在供电系统中，应急照明系统需要单独供电，UPS集中供电系统中不宜接入应急照明[3]。在设计过程中需要重视这方面的内容，避免影响UPS集中供电系统技术的应用质量。城市轨道交通UPS集中供电系统设计时，重点要考虑的因素有供电负荷、设备重要性、机房位置、控制室分布等，做好线路的整体设计，减少其它因素对集中供电系统的影响。由于集中式UPS将供电系统进行了集中，因此一旦总控出现问题，就会出现供电全部中断，因此UPS集中供电系统设计的时候，必须要考虑方案的合理性，电源、配电、监控等组件要配备齐全，可增加UPS供电系统智能配电方案，监控系统运行时，其组件状态也需要及时监控，避免出现监控盲区。

2.2供电系统方案选择

轨道交通的UPS供电系统一般采用并联方案，这是由于供电系统需要不间断供电，并联方案的优势在于，当系统运行时候，UPS经过主路与配电箱相连，成为独立于主电缆的一部分，UPS发生故障的情况下，主电缆会对系统继续供电，保证系统的正常运行，若主电缆出现问题，则UPS自动跳到旁路，由UPS承担供电，这个过程中，UPS不仅发挥了备用电源的作用、同时也能共同承担用电负荷。在城市轨道交通供电系统中采用并联方案，能够发挥UPS供电系统的可靠性和稳定性。在并联方案选择上，整体式方案与模块式方案相比，前者的稳定性更强，整体式方案也叫“1+1”并机冗余连接法，整体式“1+1”并机冗余连接法中，UPS单机有两台，用并联的方式为系统供电，这种方案的优势在于，其运用了先进的矢量控制技术，能够有效调节负载，达到了均分负载的效果。两台单机UPS供电时，输出电压保持一致，因此需要手动调整输出电压幅度、频率和相位[4]。模块式方案也叫做“N+X”并机冗余法，在模块式“N+X”并机冗余方案设计时，要考虑到模块式UPS的数量、额定容量，一般情况下，多台10kV·A的功率模块能够并联成为一个完整UPS集中供电系统，供电系统的总容量要结合负载进行设定。在系统正常运行的情况下，若没有较大的影响因素，UPS检修时可以热插拔配件。另外，主板连接监控设备，能够实时监测系统状态。在轨道交通UPS供电系统方案选择上，整体式方案更具可靠性，模块式方案的安全性较差，因此“1+1”并机冗余方式是最优选择，且输出功率符合标称功率，能为供电系统提供较长的应急供电。与“N+X”并机法相比，整体式的并虽然连涉及了较多的实施环节，出于安全性和稳定性的要求，依旧建议选择整体式并机方案。

3.集中式UPS供电系统的应用前景

当前，集中式UPS供电系统在很多轨道交通建设中取得了成功。例如广州地铁4号线便选择了集中UPS供电系统，与分散式UPS供电系统相比，集中式供电系统的总体造价较低，有着良好的检修优势。在广州地铁4号线采用此方案后，7号线、9号线、11号线、13号线中选择了UPS集中式供电方案。在其它一、二线城市的城轨项目中，UPS集中式供电系统也得到了广泛应用，例如哈尔滨1号线整体采用了这种方案，由此可见，在未来，这种供电方案会成为供电系统新趋势。

4.结束语

随着我国城市建设水平的快速发展，城市轨道交通建设有了较大需求，在轨道交通系统的建设过程中，要不断优化供电系统，提升牵引网的可靠性，在供电系统中，不间断电源系统（UPS）是重要的供电方式，是保障轨道交通供电安全运行的关键组件，发挥着应急供电的作用。在不间断电源系统（UPS）设计阶段，可选择的模式主要是集中式UPS供电和分散式UPS供电两供电模式，其中，集中式UPS供电系统具有安全性和可靠性方面的优势，成为供电系统的优先选择方案。

参考文献

[1]史海疆.城市轨道交通UPS集中供电系统技术与应用探讨访广州地铁设计研究院有限公司副总工程师何治新[J].电气应用,2017,36(12):4.

[2]武凝.城市轨道交通通信UPS电源系统应用研究及RAMS分析[J].陕西交通科教研究,2021(2):4.

[3]刘沃鸿.集中式与分布式UPS在地铁弱电系统中的应用对比与优化建议[J].冶金丛刊,2020,005(014):38-41.

[4]刘魁.城市轨道交通网络安全集中管控防护方案[J].都市快轨交通,2022(035-002).