新建軌道交通線路弱電系統(tǒng)配電網(wǎng)整合技術(shù)方案研究

新建軌道交通線路弱電系統(tǒng)配電網(wǎng)整合技術(shù)方案研究

1系統(tǒng)用電要保證連續(xù)性上海軌道交通2號線東伸段的技術(shù)弱電系統(tǒng)包括通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（基礎(chǔ)）、自動火災(zāi)報警系統(tǒng)（fas）、門禁系統(tǒng)（acs）、自動銷售檢驗員（afc）等。系統(tǒng)能耗為級負(fù)荷，需要高可靠性后電源連續(xù)供電，以確保供電質(zhì)量和供電連續(xù)性。1.1服務(wù)平臺搭建傳統(tǒng)設(shè)計中,UPS由各專業(yè)自行配置,存在諸多缺點:(1)各專業(yè)所選UPS容量小,抗沖擊能力小;(2)電池資源不能共享;(3)UPS分散、數(shù)量多、品牌多,故障率高,維護困難;(4)分散的電源室占用較大的建筑面積。1.2統(tǒng)一up電源設(shè)備的選型(1)集中配置,減少UPS電源設(shè)備的數(shù)量,提高設(shè)備可靠性;(2)統(tǒng)一UPS電源設(shè)備的型號,便于設(shè)備的集中采購;(3)有利于統(tǒng)一對UPS電源進行監(jiān)控、維護保養(yǎng);(4)減少UPS電源設(shè)備用房的面積。2聯(lián)合系統(tǒng)pms的電源連接系統(tǒng)2.1電源整合方案上海市軌道交通2號線東延伸段工程UPS電源系統(tǒng)整合范圍含全線各車站通信系統(tǒng)(不含高頻開關(guān)電源)、信號系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)。屏蔽門系統(tǒng)電源、變電所操作電源、應(yīng)急照明電源在各系統(tǒng)設(shè)備室獨立設(shè)置,不納入電源整合范圍。綜上所述,結(jié)合上海地方標(biāo)準(zhǔn)及實際情況,制定UPS電源整合范圍及UPS電源容量,如表1所示。2.2做好宣傳工作為確保車站各弱電系統(tǒng)設(shè)備全天候、穩(wěn)定、可靠運行,采用安全、可靠的一體化UPS供電系統(tǒng)非常重要。UPS電源整合負(fù)責(zé)為被整合的相關(guān)設(shè)備專業(yè)提供兩路不間斷電源,并在各專業(yè)設(shè)備室設(shè)置STS靜態(tài)開關(guān),電源整合系統(tǒng)與相關(guān)系統(tǒng)接口位置在STS的出口,即各車站通信、信號等弱電設(shè)備室各弱電系統(tǒng)設(shè)置的就地配電柜進線斷路器上口處,UPS電源整合系統(tǒng)如圖1所示。2.2.1變器、負(fù)載智能控制系統(tǒng)和輸出接頭系統(tǒng)設(shè)置2套UPS電源裝置(含整流器、逆變器、蓄電池組)、負(fù)載同步控制器、智能控制單元、輸出母線(采用單母線分段方式)和饋線智能配電柜。2套UPS共用一組電池組。(1)提高了廢水處理系統(tǒng)可靠性正常工作時,2套UPS裝置冗余并機運行,平均分擔(dān)其負(fù)載電流,每臺UPS單機容量能滿足系統(tǒng)總?cè)萘恳?。每臺UPS都設(shè)置靜態(tài)旁路和檢修旁路。在運行中,如遇到某臺UPS出現(xiàn)故障時,能通過選擇性操作自動將故障的UPS單機從UPS并機系統(tǒng)中脫離出來,另一臺UPS仍能向它的負(fù)載提供具有100%“高可利用率”的高品質(zhì)電源,從而提高UPS供電系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)允許在UPS的逆變器電源供電的條件下,對位于UPS并機系統(tǒng)中的另一臺UPS單機執(zhí)行“不帶電”的定期維護/故障檢修操作,提高UPS供電系統(tǒng)的可維護性。(2)負(fù)載同步控制器保證2套UPS裝置輸出電壓幅值相同、頻率相同和相位相同的正弦波。(3)智能控制單元智能控制單元負(fù)責(zé)控制管理UPS電源裝置、饋線智能配電柜和各系統(tǒng)就地配電柜。對UPS電源整合系統(tǒng)監(jiān)控信息上傳。(4)饋線智能配電柜單元饋線智能配電柜向各系統(tǒng)輸出提供AC380/220V不間斷電源。由于各系統(tǒng)的后備時間不同,為了優(yōu)化蓄電池的總?cè)萘?饋線智能配電柜能對不同后備時間的系統(tǒng),按照時間順序切除負(fù)載,即交流輸入電源失電情況下,饋線智能配電柜通過控制單元將后備時間為30min,1、2、4h的負(fù)載順序切掉。饋線智能配電柜可通過在饋線智能配電柜內(nèi)設(shè)置PLC控制模塊,通過邏輯編程控制饋出回路的供電時間,并應(yīng)具備電池監(jiān)測功能,可設(shè)置根據(jù)實際負(fù)載情況,動態(tài)延長各負(fù)載后備時間的功能。(5)獨立安裝地板由電源整合系統(tǒng)在各專業(yè)設(shè)備機房設(shè)置STS靜態(tài)開關(guān)。由各弱電系統(tǒng)在各自設(shè)備室設(shè)置就地配電柜配電。2.2.2配置方案(1)v適管機及旁路電源每臺UPS的主電源從降壓變電所的一段400V母線引入,旁路電源從降壓變電所的另一段400V母線引入。即降壓變電所400V共給UPS整合提供4路獨立電源,每段母線2路。(2)輸出線采用UPS單母線分段供電系統(tǒng),末端雙電源切換開關(guān)采用靜態(tài)切換開關(guān)STS。(3)監(jiān)控系統(tǒng)接入方案的監(jiān)控2號線東延伸段工程UPS電源系統(tǒng)由車站SCADA系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)控管理。(4)設(shè)置電池方案原則上UPS電源整合裝置共同設(shè)置一套蓄電池,由兩套UPS共享。2.2.3供電運行模式與邏輯關(guān)系(1)荷側(cè)sts開關(guān)2路主電源為2臺UPS供電,2臺UPS同時輸出到4個負(fù)荷側(cè)的STS開關(guān),通過設(shè)置STS開關(guān)狀態(tài),實現(xiàn)大約各帶50%負(fù)載。UPS1為全部電池組充電,UPS2與電池組斷開,兩個UPS與電池組之間的斷路器互鎖,不能同時合閘。(2)安裝a/a后回復(fù)原帶載運行方式①UPS2故障,則通過STS將所有的負(fù)載都切換到UPS1,同時報修UPS2,修好后回復(fù)原帶載運行方式。②UPS1故障,則通過STS將所有的負(fù)載都切換到UPS2,將電池組切換到UPS2,由UPS2向電池組充電,同時報修UPS1,修好后回復(fù)原帶載運行方式。③2臺UPS都故障了,則通過后故障UPS的靜態(tài)旁路供電。(3)失敗后運行電池的方法通過電池動態(tài)監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)電池故障并報警,維修人員切除故障的電池分組,進行維修維護工作;修復(fù)后,電池分組重新投入運行。(4)服務(wù)板的安裝①UPS2主電源失電,則UPS2停止輸出,通過STS將所有負(fù)載切到UPS1主機。②UPS1主電源失電,則UPS1停止輸出,通過STS將所有負(fù)載切換到UPS2主機。(5)有正常負(fù)載的可移動性此時2套UPS同時轉(zhuǎn)到電池組放電狀態(tài),通過STS后共同分擔(dān)后面的負(fù)載,若此時任何一套UPS故障,其后面的負(fù)載會通過STS轉(zhuǎn)移到另外一臺UPS上去,電池組也會全部轉(zhuǎn)給正常的UPS使用,后備時間不受影響。智能配電柜監(jiān)測電池狀態(tài),并結(jié)合各負(fù)荷后備時間要求,動態(tài)決定何時切除負(fù)荷。(6)電池分組維護①1臺UPS正常運行,另一臺UPS進行檢修。②切除一個分組的電池進行維護,其他電池分組照常工作。③只有當(dāng)2臺UPS同時故障,2路靜態(tài)旁路也故障時,需啟用檢修旁路。2.3系統(tǒng)容量的確定2.3.1推薦的最大負(fù)載量系統(tǒng)設(shè)置2套完全相同的UPS電源裝置,每臺UPS都能滿足各弱電系統(tǒng)總?cè)萘康囊?即每臺UPS按100%容量進行配置。在實際工作中,為確保UPS能長期安全可靠地運行,所推薦的最大負(fù)載量一般為UPS額定輸出功率的60%～80%。根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗,結(jié)合本工程電源整合范圍以及各系統(tǒng)電源容量需求進行統(tǒng)計計算。由表1可知,車站、停車場和控制中心的負(fù)載量依次為:100、76、120kVA,輸入功率因數(shù)一般為0.7,小于UPS的輸出功率因數(shù)0.8。為了確保UPS長期安全可靠地運行,負(fù)載量一般設(shè)定在UPS額定容量的60%～80%。所以車站、停車場和控制中心應(yīng)分別配置130、100、160kVA的UPS,它們的負(fù)載量最大能達(dá)到單臺UPS的77%、76%、75%,符合系統(tǒng)可靠性的要求。2.3.2蓄電池的配置配置1套蓄電池,由2套UPS電源裝置共享,蓄電池容量按照失電后各系統(tǒng)負(fù)載不同后備時間需求計算選取,考慮到蓄電池的使用效率結(jié)合工程造價,該組蓄電池滿足系統(tǒng)總?cè)萘?00%的需求配置。本工程采用UPS共享電池組方案,并且市電停掉后要分時供電給負(fù)載。以車站為例:有30kVA的負(fù)載后備4h,30kVA的負(fù)載后備0.5h,30kVA的負(fù)載后備1h,10kVA的負(fù)載后備0.5h。根據(jù)上海申通軌道交通研究所弱電UPS整合設(shè)計指導(dǎo)意見,本工程建議配置200AH蓄電池?；陔姵氐姆烹娞匦?若采用分時間段(豎直分)計算法,結(jié)果會比實際的配置偏大;若采用分功率段(水平分)計算法,結(jié)果會比實際的配置偏小。這里采用分功率段(水平分)計算法計算,然后再將結(jié)果進行修正。經(jīng)計算得出:(1)30kVA的負(fù)載后備4h,需要配置1.54組中達(dá)電通DCF126-12/200型號的電池。(2)30kVA的負(fù)載后備0.5h,需要配置0.35組中達(dá)電通DCF126-12/200型號的電池。(3)30kVA的負(fù)載后備1h,需要配置0.59組中達(dá)電通DCF126-12/200型號的電池。(4)10kVA的負(fù)載后備0.5h,需要配置0.12組中達(dá)電通DCF126-12/200型號的電池。因此,車站需要配置1.54+0.35+0.59+0.12=2.60組中達(dá)電通DCF126-12/200型號的電池。由于這種計算方法得出的結(jié)果會比實際的配置略有偏小,所以取4組應(yīng)當(dāng)足以滿足負(fù)載的后備時間需求,共享蓄電池分為4組各25%容量并聯(lián)。同樣可以計算出,停車場UPS系統(tǒng)需配置中達(dá)電通DCF126-12/200型號的電池4組,控制中心UPS系統(tǒng)需配置中達(dá)電通DCF126-12/200型號的電池4組。因上海地鐵現(xiàn)有線路UPS電池組普遍存在配置偏大的問題,且初近遠(yuǎn)期的負(fù)荷也有一定不同,為減小可能的電池組配置過大問題,電池組分為兩期配置。初期配置一半容量,即100AH。運行后,酌情增加另外一半電池。3相關(guān)專業(yè)的接口UPS整合不僅與相關(guān)被整合專業(yè)存在大量接口,還與低壓動力照明、建筑、供電系統(tǒng)、接地等相關(guān)專業(yè)存在接口。因此,需要劃分各系統(tǒng)之間的接口關(guān)系,保證接口的協(xié)調(diào)性和完整性,保證電源整合系統(tǒng)安全、可靠的為各個系統(tǒng)提供后備電源。3.1電源對弱電系統(tǒng)的監(jiān)控接口電源整合系統(tǒng)與相關(guān)系統(tǒng)(含通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng))接口位置在車站各弱電設(shè)備室該系統(tǒng)設(shè)置的就地配電柜進線斷路器上口處。電源整合與弱電系統(tǒng)接口(圖2)。UPS電源整合與各被整合弱電系統(tǒng)具體接口見表2。3.2基于斯標(biāo)準(zhǔn)偏差的源連接和相關(guān)專業(yè)接口表34修中心的運營維護UPS電源整合將會實現(xiàn)UPS設(shè)備的統(tǒng)一維護管理,由維修中心的供電系統(tǒng)綜合檢修車間負(fù)責(zé)全線UPS電源設(shè)備的定期維護保養(yǎng),系統(tǒng)專業(yè)的維護人