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UPS供電系統(tǒng)解決方案

發(fā)布時(shí)間:2009-07-13 來源:中華電源網(wǎng)

中心議題:
  • 地鐵工程電源子系統(tǒng)概述
  • 地鐵電源系統(tǒng)組成與運(yùn)作
應(yīng)用重點(diǎn):
  • 采用寬輸入電壓范圍的UPS
  • 采用高功率三相PFC架構(gòu)設(shè)計(jì)的UPS
  • 采用ECO模式運(yùn)行UPS
近年來城市軌道交通行業(yè)發(fā)展迅猛,國內(nèi)各大城市陸續(xù)建設(shè)城市地鐵,地鐵已經(jīng)是一些大中城型市不可缺少的交通工具,地鐵系統(tǒng)中通信系統(tǒng)是地鐵工程運(yùn)營指揮、企業(yè)管理、服務(wù)乘客和傳遞各種信息的網(wǎng)絡(luò)平臺,系統(tǒng)應(yīng)具有先進(jìn)性、開放性、可靠性、易擴(kuò)充性、組網(wǎng)靈活性等特點(diǎn),能傳遞語音、數(shù)據(jù)、圖像等各種信息的綜合數(shù)字通信網(wǎng)。

通信系統(tǒng)在正常情況下應(yīng)能保證列車安全高效運(yùn)營,為乘客提供高質(zhì)量的出行服務(wù),在異常情況下能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)楣┓罏?zāi)求援和事故處理的指揮通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)的重要性決定了,通信系統(tǒng)供電設(shè)備的可靠性也就成了重中之重,由于市電電網(wǎng)中接有各種各樣的負(fù)載,對電網(wǎng)造成了干擾和污染,惡化了供電質(zhì)量,影響了負(fù)載設(shè)備的正常運(yùn)行,導(dǎo)致服務(wù)器的數(shù)據(jù)丟失等問題的產(chǎn)生,給用戶造成了不可估計(jì)的損失。

UPS供電系統(tǒng)的建設(shè)目的,是通過UPS供電系統(tǒng)給機(jī)房內(nèi)用電設(shè)備提供高質(zhì)量的、不間斷電源,來保證用電設(shè)備正常工作。UPS不間斷電源系統(tǒng)可以解決數(shù)據(jù)機(jī)房電源斷電、電壓尖峰、電壓浪涌、頻率漂移、諧波干擾、過欠壓、電壓波動(dòng)及噪聲電壓等由市電電源質(zhì)量差對前端設(shè)備造成的危害。

一般地鐵工程通信系統(tǒng)由以下13個(gè)子系統(tǒng)組成:
⑴傳輸系統(tǒng)、⑵專用無線通信系統(tǒng)、⑶公務(wù)電話系統(tǒng)、⑷專用電話系統(tǒng)、⑸廣播系統(tǒng)、⑹電視監(jiān)視系統(tǒng)、⑺時(shí)鐘系統(tǒng)、⑻旅客向?qū)到y(tǒng)、⑼綜合布線系統(tǒng)、⑽電源系統(tǒng)、⑾公用傳輸系統(tǒng)、⑿公用移動(dòng)通信引入系統(tǒng)、⒀公安、消防無線引入系統(tǒng)

地鐵工程電源子系統(tǒng)概述

為了保證通信設(shè)備在主電源中斷或波動(dòng)情況下,通信各子系統(tǒng)仍能可靠地工作,地鐵通信系統(tǒng)中電源系統(tǒng)將承擔(dān)全線范圍內(nèi)所有控制中心、車站、車輛段通信設(shè)備的供電。因此對供系統(tǒng)要求要有極高的可靠性,要有連續(xù)不斷的、高效、安全、可靠的電力供應(yīng)以保證負(fù)載運(yùn)行。

地鐵工程電源子系統(tǒng)在控制中心、各車站、車輛段的通信設(shè)備室及電池室內(nèi)分別設(shè)置UPS電源設(shè)備,免維護(hù)電池??刂浦行?、各車站、車輛段均采用在線式UPS,UPS系統(tǒng)只提供交流220V電源,通信各子系統(tǒng)如采用其它方式電源,由通信各子系統(tǒng)自配的整流裝置產(chǎn)生。

控制中心、各車站、車輛段的通信設(shè)備室均設(shè)有電源監(jiān)控設(shè)備,控制中心、各車站、車輛段的通信機(jī)房的環(huán)境參數(shù)、電源供應(yīng)情況、電源設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及故障告警信息將通過傳輸系統(tǒng)送到控制中心統(tǒng)一監(jiān)測。

電源子系統(tǒng)需要的設(shè)備有UPS、蓄電池組、動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng),交流配電屏、雙路電源切換屏、交流配電屏等設(shè)備組成。
在世界能源和經(jīng)濟(jì)危機(jī)突顯的今天,國家在積極的倡導(dǎo)企業(yè)節(jié)能減排,綠色,節(jié)能、環(huán)保這些以前人們不太重視的詞匯現(xiàn)在已經(jīng)深入人心,國內(nèi)也有很多城市的地鐵工程也將打造一條綠色的城市軌道交通系統(tǒng)為目標(biāo)來建設(shè)。

如何打造地鐵的綠色電源系統(tǒng)

地鐵電源系統(tǒng)一般包括UPS、蓄電池、動(dòng)力環(huán)境集中監(jiān)控,防雷箱,雙路電源切換屏、輸入輸出配電屏等設(shè)備組成。

通信電源系統(tǒng)為不間斷電源系統(tǒng),由強(qiáng)電引入兩路交流380V電源至雙路電源切換配電屏,按一級負(fù)荷供電給在線式UPS系統(tǒng)。
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UPS系統(tǒng)提供交流380V電源至通信機(jī)房交流配電屏,交流配電屏分配各220V分路至通信機(jī)房設(shè)備,并提供380V支路至公用傳輸機(jī)房交流配電屏。

控制中心、各車站、車輛段的通信機(jī)房均設(shè)有監(jiān)控設(shè)備,將通信機(jī)房的環(huán)境參數(shù)、電源供應(yīng)情況、運(yùn)行狀態(tài)及故障告警信息將通過傳輸系統(tǒng)送到控制中心統(tǒng)一監(jiān)控。

電源系統(tǒng)中最核心的設(shè)備就是UPS,可以稱做綠色的電源系統(tǒng)的主要因素也就是UPS,那么,UPS具備哪些功能才能稱得上是綠色呢?UPS又有哪些綠色的功能適合在地鐵電源系統(tǒng)中使用呢。

1寬廣輸入電壓范圍

UPS的輸入電壓范圍代表了UPS適應(yīng)電網(wǎng)的能力,同時(shí)電壓范圍寬廣也有著降低用戶投資成本,節(jié)能環(huán)保的作用,用戶在對UPS供電系統(tǒng)的投資中,蓄電池往往占有很大的比例,例如地鐵電源系統(tǒng)大多為要求后備延時(shí)時(shí)間在2~4個(gè)小時(shí),這樣在系統(tǒng)中就需要投入大量的蓄電池,UPS寬廣的輸入電壓范圍可以有效的減少電池的充放電次數(shù),延長電池使用壽命,達(dá)到節(jié)能環(huán)保,節(jié)省投資的效果。特別是在電網(wǎng)波動(dòng)較大的環(huán)境下,該功能發(fā)揮的作用越大。

2高整機(jī)效率

地鐵的用電量非常大,每年花在電上的費(fèi)用是非常巨大的,另外,耗電量大也不能符合國家對企業(yè)節(jié)能減排的要求,所以在選用用電設(shè)備時(shí),效率尤為重要,效率的高低是決定設(shè)備每年的耗電量有多少的最主要的一項(xiàng)參數(shù),各UPS廠家也在苦心研究如何更高的提升UPS的整機(jī)效率以達(dá)到節(jié)能的效果,以80KVA的UPS為例,大多數(shù)設(shè)備的效率為92%左右,如果效率可以提升2%,一年可節(jié)省約11212度電,這還未算效率提升后設(shè)備無功損耗降低,減少發(fā)熱,空調(diào)節(jié)省的電。所以在地鐵電源系統(tǒng)在選用UPS時(shí),效率是非常重要的一項(xiàng)參數(shù)。

3高輸入功率因子、低輸入諧波電流

綠色的UPS要有高輸入功率因子,低諧波電流。高輸入功率因子,可以使UPS對市電的利用率提高,減小無功損耗,達(dá)到節(jié)能的效果。諧波電流低,可以減小UPS對電網(wǎng)的污染,達(dá)到環(huán)保的功能。同時(shí)提高輸入功率因子及降低輸入電流諧波失真還可以減小UPS輸入端的線纜,保險(xiǎn),空開等容量,減少發(fā)電機(jī)匹配的容量,降低用戶的投資成本。

早期投入使用的UPS電源都是采用硅整流形式,內(nèi)置輸出隔離變壓器,行業(yè)內(nèi)稱為工頻機(jī),而工頻機(jī)的輸入功率因子較低,一般在0.75~0.85左右,諧波電流一般都在20%~30%左右,想改善這些參數(shù)就需要采取一些措失如下:

6脈沖+無源濾波器PF>0.9,ITHD<10%.
12脈沖+無源濾波器PF>0.95,ITHD<5%.
有源濾波器PF>0.95,ITHD<5%.
混合濾波器PF>0.99,ITHD<3%.

從上述可以看出增加不同的設(shè)備可以使輸入功率因子和諧波電流達(dá)到不同等級的效果,但增加濾波器這樣的設(shè)備同樣要要有大量的投資,要占用機(jī)房空間以及還要增加設(shè)備的自身耗電。由于提升這些參數(shù)需要增加大量的投資往往讓用戶望而卻步。

那么,還有其它的解決UPS輸入功率因子和諧波電流的問題的方法嗎?當(dāng)然,最好的解決方法就是選用采用高功率三相PFC架構(gòu)設(shè)計(jì)的UPS,這種UPS無須外加濾波器就可以使用輸入功率因子提升至≥0.99,諧波電流降至3%以下,當(dāng)然這種架構(gòu)的UPS也會(huì)越來越受到廣大用戶的青睞。

4智能風(fēng)扇變速功能

UPS的散熱基本是靠風(fēng)扇來完成,如果風(fēng)扇出現(xiàn)故障或者轉(zhuǎn)速不夠,UPS的運(yùn)行就會(huì)出現(xiàn)問題,大多廠商的UPS都全將風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速設(shè)置為快速,而UPS供電系統(tǒng)中,大多數(shù)的帶帶比例都在60%~70%,并機(jī)系統(tǒng)中帶載比例會(huì)更少,會(huì)在30%~40%左右,這樣,如果風(fēng)扇如果長年都是全速運(yùn)轉(zhuǎn),不但會(huì)浪費(fèi)很多電能,也會(huì)降低風(fēng)扇的使用壽命。

UPS具備智能風(fēng)扇變速功能是指風(fēng)扇具有多段轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制,UPS的控制系統(tǒng)可以根據(jù)負(fù)載的實(shí)際大小和環(huán)境溫度來控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速,來達(dá)到節(jié)能的效果,也能有效的延長風(fēng)扇使用壽命。

5體積小、重量輕。

地鐵的電源系統(tǒng)機(jī)房大多都在地鐵下,地鐵工程在土建施工時(shí)需要有大量的投入,在地下每多挖一平米的空間要投入非常高昂的投入,包括人力,物力,和能源都會(huì)有很大的消耗。因此,動(dòng)力機(jī)房空間也非常有限,要更合理的來利用,所以在選用設(shè)備時(shí)在保證設(shè)備質(zhì)量的基礎(chǔ)上最好能選擇何積小、重量輕的設(shè)備,以便節(jié)省機(jī)房使用空間。

6ECO模式運(yùn)行

ECO模式又稱經(jīng)濟(jì)模式,UPS在正常運(yùn)行時(shí)處于靜態(tài)旁路狀態(tài),在市電波動(dòng)超出可用范圍或市電斷電情況出現(xiàn)時(shí),由蓄電池供電。

通過對機(jī)房電網(wǎng)進(jìn)行評估,在電網(wǎng)情況較好的區(qū)域可采用ECO模式,采用此方式可使UPS的效率提高到97.5%,以400KVAUPS為例,

UPS額定容量:400KVA(輸出功率因子:0.8)
整機(jī)效率:93%
經(jīng)濟(jì)模式效率:97.5%
若以80%負(fù)載使用經(jīng)濟(jì)模式,則可以減少12.7KW功率損耗。轉(zhuǎn)化成一年可節(jié)省電費(fèi)=12.7*365*24=111252KWH(約合11.12萬度電)

另外,由于UPS效率的提高及發(fā)熱量的減少,亦可節(jié)省機(jī)房空調(diào)設(shè)備的用電量及電費(fèi)。ECO模式目前國內(nèi)很少有使用,原因是工作時(shí),市電直接供給負(fù)載使用,因此失去了UPS對負(fù)載的保護(hù)功能,另外市電由旁路切換至蓄電池供電時(shí)一般會(huì)有1~4ms的切換時(shí)間。所以在要求高可靠度的地鐵工程中,此項(xiàng)功能不會(huì)使用。
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