城市軌道交通在為人們提供方便、快捷、綠色出行方式的同時(shí)，其安全性也是一直關(guān)注的重點(diǎn)。如今，隨著“新基建”的提出，城市軌道交通將迎來怎樣的變化呢？

       面對(duì)復(fù)雜的軌道交通各個(gè)子系統(tǒng)，應(yīng)該選擇什么樣的供電解決方案來保障系統(tǒng)的高可靠性？在產(chǎn)品功能方面又該如何選擇？

       針對(duì)這些問題，伊頓大中華區(qū)應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)王偉在以 “從軌交行業(yè) UPS 應(yīng)用看伊頓的解決之道” 為主題的線上研討會(huì)上給予了全面解讀。

城市軌道交通引爆基建狂潮，UPS 行業(yè)機(jī)遇在哪里？

       在剛剛結(jié)束的政府工作報(bào)告中，“新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”概念備受矚目，這將在未來很長一段時(shí)間內(nèi)，成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)多維度加速改革和轉(zhuǎn)型的新王牌。

       在“新基建”的七大領(lǐng)域中，與 UPS 行業(yè)密切相關(guān)的莫過于城市軌道交通、5G 基站、大數(shù)據(jù)中心、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，其中軌道交通作為城市的大動(dòng)脈，與人民群眾的日常生活休戚相關(guān)，并將極大地改善城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)硬件環(huán)境，尤其得到地方政府的重視。截止到 2019 年，我國共有 65 個(gè)城市的軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃獲批，總長度約 7339.4KM（不含已經(jīng)建成的），引爆新一輪基建狂潮，也為 UPS 行業(yè)帶來巨大商機(jī)。

       城市軌道交通與 UPS 電源相關(guān)的子系統(tǒng)主要有通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)等十幾個(gè)子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)又分布再沿線站點(diǎn)、控制中心、乘客集散中心、車輛段、停車場、維修中心、培訓(xùn)中心等分散的地域。為了確保這些系統(tǒng)能高效、安全、可靠運(yùn)行，向它們提供具有高品質(zhì)、高可靠性和高可用性的 UPS 供電系統(tǒng)是必不可少的基礎(chǔ)性運(yùn)營條件。

軌交系統(tǒng) UPS，供電模式及挑戰(zhàn)

       對(duì)于一條地鐵線的控制中心來說，它所需的 UPS 供電系統(tǒng)的典型需求為：

       由上圖表格可見，在軌交系統(tǒng)建設(shè)中，UPS 供電系統(tǒng)按照各子系統(tǒng)負(fù)載諸如計(jì)算機(jī)型設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備、通信設(shè)備、信號(hào)設(shè)備等主設(shè)備的不同分類、容量與后備時(shí)間來設(shè)計(jì)方案，各子系統(tǒng)在各站點(diǎn)的負(fù)載容量在幾到幾十個(gè)千瓦不等。

       在每個(gè)站點(diǎn)采用多臺(tái)小功率 UPS 來各自分別帶不同專業(yè)的負(fù)載，這種供電模式稱為分散供電方案。與采用多臺(tái)小功率 UPS 所組成的分散式 UPS 供電系統(tǒng)相比，目前很多新建項(xiàng)目的主流模式是采用集中供電的設(shè)計(jì)方案，每個(gè)站點(diǎn)采用技術(shù)更優(yōu)、性價(jià)比更好的大容量 UPS 來代替多臺(tái)小容量 UPS。被整合的子系統(tǒng)包括：

列車綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（TIASA）

專用通信系統(tǒng)（警用通信除外）

環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）

乘客信息系統(tǒng)（PIS）

自動(dòng)售票系統(tǒng)（AFC）

門禁系統(tǒng)（ACS）

       大集中式供電設(shè)計(jì)方案綜合了幾個(gè)不同專業(yè)負(fù)載的容量和重要性考量，來確定所需配置的 UPS 輸出功率大小及其電池后備供電時(shí)間的長短，通常單機(jī)容量為 120-200kVA，在重要的車輛段和控制中心為 200-300kVA；系統(tǒng)采用 1+1 冗余并機(jī)模式，有些城市軌交還要求配置與 UPS 一體化設(shè)計(jì)的輸出隔離變壓器及 “智能型配電柜”。智能配電柜用來集中監(jiān)控 UPS 主機(jī)、穩(wěn)壓隔離柜、蓄電池、進(jìn)線柜、饋線柜等，并進(jìn)行信息上傳，以便根據(jù)各種負(fù)載的重要程度不同，來執(zhí)行“分時(shí)、自動(dòng)卸載”操作，從而達(dá)到對(duì)不同的用電設(shè)備提供“有差別”的電源保護(hù)的目的。

       UPS 作為軌道交通行業(yè)功能系統(tǒng)中應(yīng)用最多、最核心的電源保護(hù)產(chǎn)品，由于應(yīng)用場景的多樣化和復(fù)雜化，使用中往往面臨諸多挑戰(zhàn)：

安全性挑戰(zhàn)：安全生產(chǎn)對(duì)電源系統(tǒng)依賴嚴(yán)重。

環(huán)境適應(yīng)性挑戰(zhàn)：設(shè)備多在較為惡劣環(huán)境中安裝使用，需要做專門防護(hù)設(shè)計(jì)。

復(fù)雜性挑戰(zhàn)：子系統(tǒng)繁多，管理難度大，要求 UPS 系統(tǒng)一致性強(qiáng)，管理簡潔、便利。

重要性挑戰(zhàn)：負(fù)載等級(jí)高，需配套相應(yīng)的高等級(jí)解決方案。

綠色節(jié)能挑戰(zhàn)：電力維修服務(wù)的質(zhì)量和效率低，導(dǎo)致間接巨額損失。

伊頓 UPS 在城市軌道交通行業(yè)的解決之道

       伊頓 UPS 可是說是伴隨著中國地鐵的發(fā)展而成長，從 1993 年開始用于上海地鐵一號(hào)線到目前，經(jīng)過多年的技術(shù)沉淀，伊頓 UPS 已經(jīng)與城市軌道交通項(xiàng)目中的各子系統(tǒng)構(gòu)建了良好的系統(tǒng)匹配。根據(jù)城市軌道交通 UPS 應(yīng)用的特殊需求，在保障主要電氣性能的基礎(chǔ)上，立足于加強(qiáng)安全可靠性設(shè)計(jì)、環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)和可維護(hù)性設(shè)計(jì)，伊頓專門推出了軌交版專用 UPS 系列。

小功率模塊化 UPS：軌交版 91PS/93PS，8-40kVA

中功率模塊化 UPS：93PR，25-300kVA

模組化塔式 UPS：軌交版 93E，15-500kVA

(1)伊頓軌交版 UPS 的可靠性設(shè)計(jì)

01.UPS 輸出保護(hù)機(jī)制

UPS 在城市軌道交通應(yīng)用中，若輸出保護(hù)機(jī)制不夠完善，逆變器故障短路時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致旁路輸入配電保護(hù)開關(guān)在內(nèi)的所有開關(guān)跳閘、設(shè)備供電中斷，導(dǎo)致列車停運(yùn)的重大安全事件。

伊頓軌交版 UPS 逆變輸出回路配置了伊頓高可靠性反時(shí)限保護(hù)快速熔斷器，能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)保護(hù)。出現(xiàn)逆變器短路時(shí)，輸出熔斷器及時(shí)熔斷，切除短路點(diǎn)，旁路不間斷供電，負(fù)載供電可靠性得到保障。

02.電池的主動(dòng)保護(hù)機(jī)制

內(nèi)置電池接觸器，不依賴外部電池開關(guān)是否動(dòng)作即可在電池故障或放電到截止電壓時(shí)自動(dòng)保護(hù)蓄電池。

03.交流直供模式

       伊頓軌交版 UPS 在交流直供供電模式下，整流器和逆變器均處于休眠狀態(tài)，逆變輸出開關(guān)處于接通狀態(tài)，在負(fù)載大于 20% 的情況下即可達(dá)到 99% 的供電效率；逆變器處于休眠狀態(tài)時(shí)，無短路隱患，并且功率器件、風(fēng)扇、電容等也未投入正常運(yùn)行，使整機(jī)壽命得以延長，增強(qiáng)了設(shè)備的可持續(xù)可靠性。

       伊頓交流直供技術(shù)保證了優(yōu)異的供電品質(zhì)。在該模式下，其整流和逆變部分等效于巨大的濾波器，有效吸收電網(wǎng)中可能浪涌能量，確保負(fù)載不直接受浪涌的能量沖擊，減少尖峰能量及電網(wǎng)干擾。

       伊頓交流直供技術(shù)的快速切換專利保證了負(fù)載供電的安全性。由于逆變輸出始終處于閉合狀態(tài)，所以從市電供電切換到逆變輸出時(shí)的典型時(shí)間值為小于 2ms，伊頓利用這一專利切換技術(shù)保證了快速追蹤的實(shí)現(xiàn)，確保切換迅速，從而確保負(fù)載安全。

       伊頓交流直供技術(shù)還具有雷暴偵測功能，可以確保在惡劣市電條件下負(fù)載依然能得到可靠保護(hù)。當(dāng) UPS 偵測到一定時(shí)間內(nèi)持續(xù)出現(xiàn) 3 次市電異常時(shí)， UPS 將會(huì)鑒定為可能正遭遇雷暴等異常狀況，系統(tǒng)退出 ESS 模式，并將負(fù)載鎖定在雙變換模式，UPS 系統(tǒng)隨后進(jìn)入甄別/計(jì)時(shí)期，在此期間，若市電不再出現(xiàn)異常，UPS 會(huì)解除鎖定，并再次自動(dòng)進(jìn)入交流直供模式。

04.獨(dú)有熱同步并機(jī)技術(shù)消除單點(diǎn)故障

       伊頓 Hot Sync? 專利熱同步并聯(lián)技術(shù)無需并機(jī)通訊數(shù)據(jù)線，有效消除單點(diǎn)故障瓶頸；自適應(yīng)并機(jī)，無主從關(guān)系，最多可實(shí)現(xiàn) 8 臺(tái)并機(jī)，并保證并機(jī)系統(tǒng)中每臺(tái) UPS 的輸出同步、負(fù)載均衡，最大限度保證并機(jī)的可靠性和冗余性。這一專利保護(hù)的成熟技術(shù)，已經(jīng)成功運(yùn)用在全球十萬多套并機(jī)系統(tǒng)中。

05.ABM 智能化電池管理系統(tǒng)，延長電池使用壽命 50%

       對(duì)于占系統(tǒng)成本很大部分的電池，伊頓軌交專用版 UPS 采用了 ABM 智能化電池管理系統(tǒng)，間歇式充電方式與傳統(tǒng)長期浮充模式相比能延長電池使用壽命 50%，還能對(duì)電池故障前瞻性預(yù)警，為城市軌道交通行業(yè)的電池使用安全性提供了有效保障。

06.電容溫度檢測

       伊頓軌交版 UPS 所提供的高可靠電容與電容檢測選件，可以對(duì)電容溫度即時(shí)偵測，及時(shí)預(yù)知風(fēng)險(xiǎn)并預(yù)警，提高城市軌道交通行業(yè)用電保障。

07.以油浸電容帶起干式電容

       2019 年 8 月 2 日，HSE（英國健康與安全執(zhí)行局）下達(dá)了安全風(fēng)險(xiǎn)警示，指出自愈式聚丙烯膜薄干式電容器存在安全風(fēng)險(xiǎn)，干式電容器容易受工作負(fù)荷和環(huán)境溫度等因素影響，有發(fā)熱自燃導(dǎo)致 UPS 起火的風(fēng)險(xiǎn)。

而伊頓 UPS 所配置的油浸式電容器性能穩(wěn)定、無自燃風(fēng)險(xiǎn)，更有效、更安全。

08.防雷/浪涌保護(hù)

       針對(duì)城市軌道交通行業(yè)的應(yīng)用特點(diǎn)，伊頓軌交版 UPS 進(jìn)行了加強(qiáng)型防雷選件，符合 C 級(jí)防雷的放電電流標(biāo)準(zhǔn)，高放電能力符合 IEC61643-1 和 GB18802.1-2011 標(biāo)準(zhǔn)，模塊化的設(shè)計(jì)，更易于安裝和維護(hù)。

(2)伊頓軌交版 UPS 的環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)

       針對(duì)城市軌道交通行業(yè)戶外環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，伊頓軌交版 UPS 標(biāo)配防塵網(wǎng)，提升產(chǎn)品適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，防塵網(wǎng)使用阻燃設(shè)計(jì)，符合美國防火標(biāo)準(zhǔn) UL 94 及濾塵網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) UL900，拆卸、清洗便捷，維護(hù)費(fèi)用低。

       在防塵設(shè)計(jì)布局方面，伊頓軌交版 UPS 的模塊、器件均采用防塵布局，風(fēng)道結(jié)合安規(guī)爬電距離科學(xué)設(shè)計(jì)，減少設(shè)備內(nèi)部積塵。

       前進(jìn)風(fēng)后出風(fēng)設(shè)計(jì)，有效避免下進(jìn)風(fēng)方式可能帶入的灰塵或異物。

       對(duì)于軌交系統(tǒng)濕度過大的問題，伊頓軌交版 UPS 采用加強(qiáng)型 PCBA 三防噴涂工藝，提升了防塵防潮防腐蝕性能和抵御高濕環(huán)境的能力。

(3)伊頓軌交版 UPS 的可維護(hù)性設(shè)計(jì)

       現(xiàn)代地鐵正在向著全自動(dòng)運(yùn)行方向發(fā)展，供電系統(tǒng)除了利用創(chuàng)新技術(shù)提高系統(tǒng)可靠性，還要幫助城市軌道交通行業(yè)實(shí)現(xiàn)減少專業(yè)人員配置，降低設(shè)備運(yùn)維成本。

       模塊化設(shè)計(jì)。伊頓利用 UPS 模塊化熱插拔設(shè)計(jì)和模組化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)理念，為現(xiàn)場維護(hù)人員通過快速更換模塊實(shí)現(xiàn)維護(hù)提供了便利條件，也提高了 UPS 系統(tǒng)的可靠性和可用性。

風(fēng)扇冗余易更換設(shè)計(jì)。伊頓軌交版 UPS 散熱風(fēng)扇等易損部件采用了冗余易設(shè)計(jì)，在更換風(fēng)時(shí)不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，從而確保整機(jī)的高可用性。

       IR 遠(yuǎn)紅外掃描。伊頓軌交版 UPS 前進(jìn)風(fēng)后出風(fēng)的開孔設(shè)計(jì)結(jié)合獨(dú)特的元件熱點(diǎn)布局，支持非接觸遠(yuǎn)距離紅外熱成像掃描，即時(shí)檢測關(guān)鍵元件，提前預(yù)知熱點(diǎn)，防患于未然。

       在線假負(fù)載測試技術(shù)。伊頓軌交版 UPS 具有獨(dú)特的在線假負(fù)載測試技術(shù)，為大容量 UPS 的測試提供了一種至為靈活的解決方案。無需假負(fù)載箱及線纜、連接工程等，以模擬測試的方式實(shí)現(xiàn)，能量從 UPS 的靜態(tài)旁路反饋回 UPS 輸入過程中，所有主要功率器件可靠性均能得到滿載驗(yàn)證，在線假負(fù)載測試過程能量損耗低，同時(shí)減少大量的人力物力，節(jié)約了建設(shè)成本。

       作為在軌道交通行業(yè)有著 20 余年經(jīng)驗(yàn)的 UPS 品牌，伊頓深研軌道交通行業(yè) UPS 應(yīng)用特點(diǎn)和不斷挖掘用戶需求，在標(biāo)準(zhǔn)版 UPS 基礎(chǔ)上，通過提高安全可靠性設(shè)計(jì)，環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)和可維護(hù)性設(shè)計(jì)為用戶提供完善 UPS 供電解決方案。

        山東億達(dá)是伊頓電氣在山東的核心代理商，代理有伊頓UPS電源及其明星產(chǎn)品伊頓93PR UPS電源，歡迎選購。

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