概述

信號系統(tǒng)的大部分設(shè)備為冗余結(jié)構(gòu)，但UPs成為信號系統(tǒng)整體可靠性提高的瓶頸。鐵道電源專家中電華星為解決此問題呢，提出一種地鐵信號電源的雙UPS并機(jī)方案，有效提高信號電源的可靠性，進(jìn)而提高信號系統(tǒng)和列車運(yùn)行的品質(zhì)。

1 原因及目的

地鐵信號系統(tǒng)發(fā)展迅速。地鐵信號系統(tǒng)是保障行車安全、提高行車效率的重要設(shè)備，信號電源UPS為信號系統(tǒng)持續(xù)不間斷工作提供有力保障。然而，信號系統(tǒng)的大部分設(shè)備為冗余結(jié)構(gòu)，單UPS成為信號系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸。

中電華星為進(jìn)一步提高信號系統(tǒng)電源設(shè)備的可靠性，對信號單UPS電源系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，形成信號電源系統(tǒng)設(shè)備的UPS并機(jī)方案，在實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

2 原理簡述

雙UPS并機(jī)方案的電源系統(tǒng)示意如圖l所示。

3 方案簡述

3．1 雙UPS運(yùn)行條件

1)2套UPS的容量相同，而且具有相同的軟件、硬件版本；

2)2套UPS裝置主路、旁路切換后，輸出的電壓幅值、頻率、相位和相序均相同。

3．2 方案設(shè)備配置

本方案配置2套UPS電源設(shè)備，包括2套完全相同的UPS、1臺穩(wěn)壓器、2套蓄電池。

兩路外電源經(jīng)過雙電源切換裝置后，分別接入2個UPS，經(jīng)UPS整流、逆變后再輸送至智能電源屏，智能電源屏根據(jù)信號設(shè)備的用電電壓種類，可以輸出AC380 V、AC220 V、AC110 V、DC220 V、D C110 V、D C60 V、DC24 V、DC24 ～ 60 V 等。電源屏內(nèi)根據(jù)不同負(fù)載需求配置不同的電源模塊。

UPS設(shè)備設(shè)置靜態(tài)旁路，在2臺UPS主機(jī)均退出運(yùn)行時，轉(zhuǎn)至靜態(tài)旁路供電。靜態(tài)旁路設(shè)置穩(wěn)壓器和隔離變壓器。在靜態(tài)旁路投入運(yùn)行時，仍能提供潔凈電源。

雙UPS并機(jī)方案的電源系統(tǒng)原理如圖2所示。

3.3 運(yùn)行方式

1)正常運(yùn)行方式

外部電源為信號UPS電源系統(tǒng)提供2路電源。

2臺UPS裝置并機(jī)運(yùn)行，各分擔(dān)50％負(fù)荷；并機(jī)系統(tǒng)指定追蹤系統(tǒng)旁路電源。每套UPS將切換后的電源經(jīng)整流、逆變后給各個負(fù)載供電，同時給蓄電池組充電。

2)非正常運(yùn)行方式

a．一路外電源停電時，由雙電源切換裝置切換到另一路外電源，維持為UPS電源系統(tǒng)提供電源。

b．兩路外電源均停電時，UPS電源系統(tǒng)將蓄電池電源逆變給各個負(fù)載供電。

C．一臺UPS裝置故障時

當(dāng)發(fā)生一臺UPS逆變器故障，另外一臺UPS裝置正常時，則故障UPS裝置退出運(yùn)行，另一臺U PS裝置承擔(dān)系統(tǒng)全部負(fù)荷，如過載則自動切換到靜態(tài)旁路。

當(dāng)發(fā)生一臺UPS整流器故障，另外一臺UPS裝置正常時，則故障UPS裝置先經(jīng)蓄電池放電，給系統(tǒng)負(fù)載供電，與另一套UPS裝置均擔(dān)負(fù)載，蓄電池放電結(jié)束后，該故障UPS裝置退出運(yùn)行，由另一臺UPS裝置承擔(dān)系統(tǒng)全部負(fù)荷，如該臺UPS過載，則自動切換到靜態(tài)旁路。

d．兩臺UPS均故障

當(dāng)兩臺UPS逆變器均故障時，轉(zhuǎn)換到靜態(tài)旁路，維持供電。

當(dāng)UPS整流器部分故障，則蓄電池放電，放電結(jié)束后，轉(zhuǎn)換到靜態(tài)旁路。

當(dāng)一臺UPS逆變器故障、另一臺整流器故障時，轉(zhuǎn)換到靜態(tài)旁路。

e．兩路進(jìn)線均停電且一臺UPS故障

兩路外電源均停電且一臺UPS整流器故障，另一臺UPS裝置正常時，UPS裝置對蓄電池電源進(jìn)行逆變，給各個負(fù)載供電。

兩路外電源均停電且一臺UPS逆變器故障退出運(yùn)行，另一臺UPS裝置正常時，正常UPS裝置對蓄電池電源進(jìn)行逆變，給各個負(fù)載供電。

f．蓄電池維護(hù)或故障

當(dāng)系統(tǒng)需要進(jìn)行蓄電池維護(hù)或蓄電池故障時，退出需要維護(hù)的蓄電池組或故障蓄電池組，進(jìn)行維護(hù)或檢修；此時，一套UPS無蓄電池工作，另一套UPS正常工作。

g．UPS裝置維護(hù)

需要對UPS裝置維護(hù)時，退出該UPS裝置上口的開關(guān)，以及出口開關(guān)、蓄電池開關(guān)，使UPS裝置徹底無電，進(jìn)行維護(hù)。另一套UPS裝置正常工作，給各系統(tǒng)提供電源。

h．UPS智能控制單元故障

一套UPS智能控制單元故障，該UPS裝置退出運(yùn)行，由另一臺UPS裝置承擔(dān)系統(tǒng)全部負(fù)荷。

兩套UPS智能控制單元均故障，此兩臺UPS裝置均退出運(yùn)行，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到靜態(tài)旁路，由旁路承擔(dān)系統(tǒng)全部負(fù)荷。

3．4 負(fù)載供電方式

1)交流負(fù)載

為了防止負(fù)載短路時對上級UPS中的逆變器造成影響，在電源屏中為每個交流回路分別配置交流電源模塊。

對于需要雙電源供電的交流負(fù)載和單電源供電的交流負(fù)載，均通過隔離變壓器直供，提供隔離電源。

2)直流負(fù)載

在電源屏中為每個直流回路分別配置直流電源模塊。對于直流負(fù)載，由兩個連接同一母線的直流電源模塊并聯(lián)冗余輸出，提供一路電源；當(dāng)任一個電源模塊出現(xiàn)故障或進(jìn)行維修時，應(yīng)能轉(zhuǎn)換至備用電源模塊，繼續(xù)保持供電。

3)為三相交流轉(zhuǎn)轍機(jī)供電

對于三相交流的UPS輸出電源，采用從單母線上直接通過一個三相交流隔離變壓器為交流轉(zhuǎn)轍機(jī)供電的方式。

3．5 可靠性分析

根據(jù)UPS廠家提供的可靠性數(shù)據(jù)：如某款單機(jī)UPS的平均無故障時間MTBF為50萬小時(5×105h)，則根據(jù)并機(jī)UPS平均無故障時間計算公式：MTBF總=1／入+1／入+1／ (入+入)=2．5/入=2．5MTBF=2．5×5×105=12．5×105h。即并機(jī)UPS平均無故障時間為單機(jī)UPS的2．5倍。

4 結(jié)束語

據(jù)中電華星鐵道電源工程師介紹，地鐵信號電源的雙UPS并機(jī)方案，提高了信號電源的可靠性。更多電源解決方案詳詢中電華星。