于　航

摘要：文章通过比较地铁系统设置分散的不间断电源方式与集中设置整合不间断电源的方式理论分析和实测对比，提出了进行电源整合，可降低运营成本，提高运营可靠性，实现资源共享。

关键词：轨道交通；地铁工程；电源设备；电源整合；不间断电源

中图分类号：U492

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)17-0027-02

城市轨道交通系统的车站内包含众多的弱电设备系统，如通信、信号、综合监控、环境监控、办公自动化、门禁、自动售检票、火灾自动报警、安全门、应急照明、变电所综合自动化等系统，均有各自计算机、网络设备及自动化控制设备，这些系统负责地铁车站的旅客运输、环境监控、信息传递和乘客导引等，都属于重要或特别重要的负荷，为旅客提供舒适、安全的乘车环境。因其突出的重要性，其设备除了需要可靠的低压电源外，还设置了各自的不间断电源设备，以保证供电可靠性和供电质量。根据系统设备电源需求不同，不间断电源设备主要包括UPS、EPS、直流屏等。

由于车站分散设置的电源设备，增加运营维护成本、车站占地面积，带来众多的不便。

一、目前地铁工程不间断电源设备设置现状

目前大部分地铁工程，通信、信号、综合监控、自动售检票、火灾自动报警系统各设置一套UPS装置，应急照明系统设置EPS装置一套或多套，安全门系统驱动部分设置直流电源屏一套、控制部分设置UPS装置一套，变电所设置直流电源屏一套。每个车站需要设置约8套甚至更多不间断电源装置，每套装置设置在各个系统设备的附近或设置在独立的房间内。在地铁运营期间，每个运营部门都要配备电源维护工具，进行各自独立的电源管理。

二、电源整合的必要性

在以往的轨道交通工程中，车站各弱电系统分别配置自己的不间断电源设备，各电源系统分散布置，相互独立，主要存在如下问题：

1、在运营维护中，各系统基本没有设置专业的电源维护人员，造成实质上的电源系统少维护或维护不当的状况，导致蓄电池容量降低，不能达到备用时间要求。影响供电安全。

2、电源系统分散配置，存在设备重复配置、利用率低，占地面积大等缺点，经济上不合理。

3、分散设置的方式无法实现资源共享。

4、随着电力电子设备制造工艺和应用技术的发展，大容量电源系统和先进控制技术在通信和电力系统中成熟使用，为轨道交通工程中实现对各个电源系统的整合提供了有利条件。电源整合已经势在必行。

三、电源整合目的

1、对各电源装置进行硬件整合和集中布置，便于电源系统的统一维护与管理。

2、通过集中布置减少设备用房面积，降低车站土建工程造价。

3、通过硬件整合减少设备重复配置，实现资源共享，节省设备投资。

四、整合方案

(一)电源整合的产生

由于电子设备在日常生活中、工业生产中、交通运输中的使用不断增多，并且起到了不可代替的作用，在各个领域中电子设备的后备电源的采用也随之增多。

在某些领域中，如：电力、通信、信号等领域有大量的电子设备集中设置，可能设置在集中的一个房间内，或几个相邻的房间内。如果对应的每套设备都设置一套备用电源装置，将增大设备投资，增加设备占地面积，增加维护维修工作量。因此，产生了早期的电源整合的想法。

(二)电源整合的发展

电源整合早期出现在电力、通信、信号等领域的内部，范围的整合。整合后有效地提高了电池的利用率，增加了系统的可靠性。这种方式在国内外都有采用。

地铁工程有着系统众多，配合紧密、复杂的特点，多系统共存且互相依赖；对于地铁的正常运营，各个系统缺一不可。上个世纪末期，国外的部分地铁工程对设备的备用电源进行了整合，把几个系统的备用电源取消，取而代之的是容量较大的一套备用电源设备。这种整合方式，应用了早期整合的概念，并对那种系统内部整合方式进行扩展；几个不同的系统进行了整合。

近期的国内部分地铁工程借鉴了国外的经验，对地铁系统的部分备用电源进行了整合。至此，电源整合概念已经被初步引入到了国内地铁工程中，但因初步引入整合概念，工程实施尚未到成熟阶段。

(三)北京轨道交通机场线电源整合方案的选择

对于本工程的技术要求较高，简单的沿用以往技术，已经不满足机场线作为奥运工程的需求。需要根据实际需要，吸取以往经验，结合目前设备的技术状况，详细分析确定其方案。

针对这种情况，本工程的电源整合方案已经不能照搬照套既有方案，既有方案不能满足本工程的需求。地铁工程是多系统共存的复杂配合工程，需要考虑到所有的系统需求，使系统配合完善，可靠性更高。

经过对以往工程的调查、研究，提出了多种方案，邀请了多位专业讨论；不断的完善、改正，最终得到了初步的方案：把UPS整合方式与直流整合方式相结合，吸取了两种方案的优点，推出，一种全新的综合整合方式，同时满足了本工程所有用电设备的需求，实现了真正意义的备用电源整合。

针对本方案，进行了详细的设备调研，找到可靠的满足系统需求设备。对于本方案，需要大容量的整流装置，对此调研了国内几个有实力的有自主研发能力的企业，均表示有此产品，并有在其他工程中应用业绩。至此，本方案已经证实本方案的合理性，可以进行工程实施。

(四)方案构成

本方案集中设置电池，并进行统一的电池管理、充电、放电，根据不同系统的不同电源需求，考虑设置电池，由多系统电子设备共同使用。

系统由一套电池装置、监控装置、智能配电柜和相应的逆变装置(设置在用电设备附近)组成。

对于通信、信号等采用交流电源的设备在用电设备附近设置逆变设备，将直流220V电源逆变成交流220V电源；逆变设备接收直流电源外，同时接受两路来自车站变电所的低压交流电源(380／220V)。

对于供电系统的变电所断路器操作电源、继电保护装置等采用直流电源设备，由本系统直接供电，提供两路电源，互相备用。

当整合系统外电源正常时，充电器直接对变电所设备供电；当整合系统外电源故障时，电池设备放电，维持正常运行。

系统构成图如图1所示。

(五)系统运行方式

直流系统南低压动照专业提供两路独立的三相AC380V输入电源，两路交流进线电源互为备用，并设置进线电源切换装置。直流系统设置两套充电装置和两组蓄电池并列运行，保证在事故状态下，满足所有系统后备电源的供电要求。

两路交流进线电源全失电时，由蓄电池向各弱电系统提供后备电源，则开始计时各弱电系统的用电时间，按照不同后备时间顺序切掉负载。

馈电开关切掉负载后，如果本系统交流进线恢复正常供电，并且蓄电池电压在正常范围内，则自动合上馈电开关。实现对电源进行智能的自动化的管理。

五、结语

本工程采用了综合电源整合方案，达到了电源整合的目的，实现了完整的整合方式，推动了电源整合技术的进步。

(一)设备的外电源

未整合前每个用电系统只有两路来自变电所低压开关柜的交流电源。整合后，除以上两路电源外，还有一路来自电源整合系统的直流电源；相当于有三路外电源，可靠性大大提高。

(二)电池设置

经过本工程的后备电源整合，使电池容量的设置更趋向合理化。由于设置统一共用的电池装置，使得在保证系统可靠的前提下，降低了电池的总容量。

(三)资源共享

通过本工程的整合方案实施，实现了整个车站电池资源共享。本工程的电池容量设置，满足车站整体停电时，所有设备的用电容量以及时间需求。当单用电系统失去交流外电源时，设备可以得到更多的电池电源，用电时间大大延长，大大提高了电池的利用律。

(四)运营维护

集中设置电池装置后，由专门维护维修人员负责电池的管理，通过周期性的充放电，活化电池，将提高电池的使用寿命。同时，由专门维护维修人员进行运营管理，将大大提高工作效率。

(五)环保

本工程的综合电源整合方案的实施，大大减少了电池设置数量，利于社会的环境保护。

本工程的整合方案充分的借鉴了国内外的经验、技术，详细分析了本工程的特点以及系统需求，经过多方讨论、论证，并进行了详细的设备调研，成功的对地铁车站的不间断电源进行了全部的整合，此方案在借鉴前人的基础上，推进并发展了电源整合的理念，使电源整合理念和方案渐趋成熟。

作者简介：于航(1976-)，男(满族)，辽宁兴城人，中铁电气化勘测设计研究院工程师，研究方向：城市轨道交通供电系统。