浅谈地铁弱电系统集中UPS设计

　　1、引言
　　早期地铁弱电系统主要有通信系统、信号系统，随着近年来计算机技术、网络技术的发展以及乘客对地铁服务水平需求的提高，地铁弱电系统的范围越来越广，目前主要有通信系统、信号系统、自动售检票系统(AFC)、综合监控系统(ISCS)、综合安防系统(ISDS，含门禁)、乘客资讯系统(PIS)等，这些系统供电负荷等级均为一级或二级负荷，需要通过UPS供电，以便在市电掉电时进行紧急操作。因为各系统计算对供电容量要求时都比较保守，如果按照传统设计方法每个系统都自设UPS，那么总的用电容量将会很大，导致电力专业做供电设计时对设备容量计算不准确，设计值过大，不但造成投资和电能的浪费，给电网造成较大的压力，而且UPS的效率也会很低。另外过多的UPS涉及的规格型号过多、过乱，给运营维护管理带来很大不便，所以对地铁车站的弱电UPS进行整合势在必行。
　　2、各系统UPS整合可行性分析
　　地铁中弱电系统众多，而且运营管理部门分散，所以在进行UPS整合设计时应根据系统的运营管理模式、系统的安全性及可维护性对各系统进行分析，以确定合理的整合范围。
　　地铁通信系统主要由专用通信系统、公众通信系统及警用通信系统构成。其中专用通信系统归地铁运营管理;公众通信系统中的传输子系统由地铁建设方投资建设，运营商租用;警用通信系统由地铁建设方代建，建成后交付公安部门运营管理。因此在UPS整合设计时，考虑到运营管理的部门不一致，建议将专用通信系统以及公众通信系统中的传输子系统纳入集中UPS的供电范围，其它设备所需UPS由各运营方设置并单独管理。
　　信号系统设备主要由计算机、网络设备、控制设备以及信号机、转辙机等组成，其中车载设备由车辆负责供电，转辙机用电可不纳入UPS系统。由于信号系统涉及行车安全，虽然可纳入集中UPS供电范围，但在具体设计时需与信号专业协商供电的范围及方式。
　　综合监控系统(含FAS、BAS、SCADA)是地铁弱电系统的信息共享平台，除SCADA子系统涉及供电电系统外，其它系统设备均可纳入集中UPS供电范围。
　　自动售检票系统、乘客资讯系统、综合安防系统主要由计算机、网络设备、存储设备及闸机、售票机、充值机、各种显示屏、摄像头、编码器、解码器、监视器等终端设备组成，这些系统以IT设备为主，在弱电集中UPS设计时应根据不同类型设备的特点计算所需UPS的容量和备用时间。
　　综上所述，弱电系统的负载类型基本一致，在技术上均可以纳入集中UPS统一供电，在实际设计中可根据不同地方的运营维护模式和安全性要求进行UPS整合。
　　3、地铁弱电系统用电分析
　　在《地铁设计规范》(GB50157-2003)中，地铁各弱电系统用电负荷等级及蓄电池备用时间不尽相同，例如通信系统、信号系统、FAS系统按一级负荷供电，而AFC系统要求供电负荷不低于二级，通信系统备用时间为4小时、FAS系统为1小时，信号系统备用时间为30分钟，AFC系统对备用时间无具体要求。另外，综合监控系统、乘客资讯系统、综合安防系统是近几年才发展起来的，在《地铁设计规范》中没有具体条文规定用电要求。因此在进行弱电集中UPS设计时要统一各系统的负荷等级，按照一级负荷设计，蓄电池备用时间可由UPS配电柜按照规范要求时长做分时切断。在设计时应对各系统的用电特点进行分析，详细计算各系统的用电负荷，表1为根据设计经验及实际工程计算得出的标准地下车站各弱电系统的用电容量：
　　综合监控系统的用电容量只包括车站级设备，FAS、BAS用电容量单独计算，综合监控系统的备用时间参照FAS系统备用时间。AFC、PIS的备用时间是根据工程经验确定的，闸机备用时间按完成一次操作计算。由于不同地铁线路建设方对信号系统纳入弱电集中UPS供电存在不同要求，因此如信号系统不纳入集中UPS，则UPS容量只需120KVA，信号系统非集中站容量按10KVA另外计算。通信系统容量只计算专用通信系统及公众通信系统中的传输子系统。
　　4、弱电集中UPS供电设计方案
　　通过以上分析，地铁弱电系统采用集中UPS供电是可行的，在具体设计中应根据实际工程情况进行方案设计。
　　在设计中应根据各系统的用电位置、容量、备用时间等因素统一设计。一般应遵循以下设计原则：
　　(1)针对各系统的不同备用时间，应在配电柜能对各系统用电进行分时切断。
　　(2)对于各系统中相对独立的子系统可分回路供电，例如通信系统中的专用通信系统与公众通信系统。
　　(3)集中UPS对每个系统的供电方式为每回路三相，AC380V，各系统分别对系统设备做二次配电，负责三相负载平衡。
　　(4)应详细计算蓄电池的容量，确定电池及电池柜的数量。
　　(5)由于集中UPS的容量较大，因此UPS柜及蓄电池柜的整体重量较大，宜单独设置电源室并向结构专业提供详细的机房荷载要求。
　　在深圳地铁5号线弱电集中UPS设计中，信号系统对集中UPS供电方式的安全性、可靠性有疑虑，因此未将信号系统纳入，其它各弱电系统计算用电总容量为102KVA，选用容量为120KVA的在线式UPS，按一级负荷供电，在配电回路中采用时间继电器实现各系统备用时间的分时切断。另外，在配电柜预留备用回路，以便满足今后新增设备用电。在实际设计中将全线各站弱电集中UPS纳入设置在控制中心的UPS维护工作站进行统一管理，实现了对UPS的远程监控和维护。
　　在具体工程设计中还应注意：(1)相关专业计算本专业用电容量时要准确，不得另加裕量;(2)各专业计算用电量时是按照所有设备的额定负载相加计算的，在选取UPS时应根据工程经验适当折算，否则将导致UPS容量过大，效率降低;(3)UPS在带70%额定容量负载时，效率最高，因此UPS系统容量(KVA)=用户系统容量(KVA)/0.7。
　　5、结论
　　在地铁设置弱电集中UPS可以解决各系统分设UPS带来的运营维护管理的不便，实现了对UPS的远程监控及维护。集中UPS用电容量小于各系统分设UPS时总容量，降低了对电力的用电负荷要求，也达到了节能的目标。在地铁工程中采用弱电集中UPS供电是可行的，也是当前地铁设计的趋势。