雷诺士工业UPS在地铁的应用研究及探索
1 行业现状概述
近年来城市轨道交通行业发展迅猛,国内各大城市陆续建设城市地铁,地铁已经是一些大中型城市不可缺少的交通工具。在轨道交通设备中,电源系统的安全可靠是保证弱电各子系统正常工作的先决条件。目前,在轨道交通各机电系统中,其主设备需采用UPS的主要有:通信系统、信号系统、综合监控系统、设备环境监控系统、自动售检票系统、乘客资讯显示系统、办公自动化系统、应急照明系统、屏蔽门系统等子系统。地铁中各弱电系统对电源的稳定性、可靠性要求很高,断电事故会造成地铁停运甚至人身危险,带来不可估量的损失。机车进出站时,由于大功率非线性用电设备的运行,向电网注入大量的谐波电流,导致电网电压波形畸变。在发生严重畸变时,电网电压会出现正负半波不对称,三相电压不平衡,频率也会发生变动。这是地铁系统里UPS故障率居高不下的原因,对轨道交通行业安全可靠地运行带来了极大的安全隐患。究其原因是:对轨道交通行业的电气环境认识不足,只考虑了UPS的输入绿色要求和输出的过载能力,即输入功率因数≥0.95,输入电流谐波<5%,对电网没有污染,过载能力125min,150%1min。看似对电网及负载两端都有了要求。而唯独没有考虑到轨道交通行业里工业性的特征,即在轨道交通行业的电气环境中,UPS本身的适应性、可靠性,也可以说是UPS系统可用性不足。选择工业UPS,提升UPS本身的适应性和可靠性,才能保证轨道交通行业安全可靠地运行。
2 行业环境和负载特征描述
(1)地铁供电电网及设备使用环境情况 ①地铁供电电网供电方式 地铁的供电电源要求安全可靠,通常由城市电网供给。目前,国内各城市对地铁及城市轨道交通的供电一般有三种方式,即分散供电方式、集中供电方式、分散与集中相结合的混合供电方式。 分散供电方式是指沿地铁线路的城市电网(通常是10kV电压等级)分别向各沿线的地铁牵引变电所和降压变电所供电。其前提条件是城市电网在地铁沿线有足够的变电站和备用容量,并能满足地铁牵引供电的可靠性要求。如早期的北京地铁采取的就是这种供电方式。 集中供电方式是指城市电网(通常是110kV或66kV电压等级)向地铁的专用主变电所供电,主变电所再向地铁的牵引变电所和降压变电所供电,地铁自身组成完整的供电网络系统。近几年新建的地铁系统多采用集中供电方式,如上海、广州、深圳地铁等。 ②设备使用环境 电网环境差; 地下车站温度低、湿度大; 以计算机类负载为主,对闪断极其敏感,对电压精度要求高; 机车运行及门禁系统等大功率非线性负载使用时电网波动大、质量差。
(2)在机车进出站时对供电电源的影响 从图1可看出:在机车进出站时,由于大功率非线性用电设备的运行,向电网注入大量的谐波电流,导致电网电压波形畸变。根据实测观察,在发生严重畸变时,电网电压会出现正负半波不对称,三相电压不平衡,频率也会发生变动。
(3)地铁低压主配电系统负载类型 ①通信系统的负载类型 传输、公务电话、专用电话、闭路电视、广播、时钟等子系统的计算机网络和通讯设备,其电源要求能连续供应AC220V电源; ②信号系统的负载类型 信号系统、旅客信息系统等计算机、网络设备、控制设备,其电源要求能连续供应AC380/220V电源。 ③综合监控系统(含环境监控、门禁)的负载类型 计算机、网络设备、环境监控和门禁控制设备;其电源要求能连续供应AC220V电源。 ④自动售检票系统(AFC)的负载类型 计算机、网络设备、AFC终端设备,其电源要求能连续供应AC220V电源。 ⑤办公自动化系统的负载类型 计算机、网络设备,其电源要求能连续供应AC220V电源。 ⑥屏蔽门系统的负载类型 屏蔽门控制、驱动设备等,控制设备的电源需连续供应AC220V,控制电源驱动设备需要DC110V驱动电源。 ⑦火灾自动报警系统的负载类型 计算机网络设备、报警控制器等,其电源要求能连续供应AC220V电源。 ⑧变电所直流辅助电源的负载类型 装置电源、控制电源、电机电源,其电源要求能连续供应DC220V电源。 ⑨车站应急照明系统的负载类型 包括疏散照明和备用照明,其电源要求能连续供应AC220V电源。
(4)地铁低压主配电系统负载功率及UPS需求功率