谈UPS在城市轨道交通自动售检票系统中的应用

谈UPS在城市轨道交通自动售检票系统中的应用

作者：高英侠 沈涛

来源：《科技资讯》2011年第04期

摘要：本文分析了UPS的工作原理及特点，以沈阳地铁AFC系统中UPS的设计应用为例，介绍了UPS在城市轨道交通中的选型及应用。 关键词：轨道交通 UPS AFC

中图分类号:TM910.6文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)02(a)-0000-00

1 UPS不间断电源介绍

UPS的中文意思为“不间断电源”，它可以保障计算机系统在停电之后继续工作一段时间以使用户能够紧急存盘，使您不致因停电而影响工作或丢失数据。它在应用中，主要起到两个作用：一是应急使用，防止突然断电而影响正常工作，给设备造成损害；二是消除市电上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”，改善电源质量，为设备提供高质量的电源。

从基本应用原理上讲，UPS是一种含有储能装置，以逆变器为主要元件，稳压稳频输出的电源保护设备。主要由整流器、蓄电池、逆变器和静态开关等几部分组成。

图1UPS原理图

2 城市轨道交通AFC系统配备UPS的必要性

供电系统是地铁AFC系统的电能源泉，是设备正常稳定运行的动力保证。一旦供电系统发生故障，将使整条线路失去运营能力，造成重大经济损失。随着地铁线路的不断增多，地铁供电系统复杂程度越来越高，出现事故的可能性和故障波及的范围、造成的损失也不断增大。

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供电系统能否安全可靠运行将直接关系到地铁的安全、稳定运营，为了保证地铁安全可靠地运行，探讨其供电系统安全措施是极其有意义的。

据IDC统计，用电设备故障的45%是由电源问题引起的；在中国，大城市停电的次数平均为0.5次/月，中等城市为2次/月，小城市或村镇为4次/月，电网存在至少九种问题：断电、雷击尖峰、浪涌、频率震荡、电压突变、电压波动、频率漂移、电压跌落、脉冲干扰；因此从改善电源质量和防止突然断电影响地铁AFC系统正常运行的角度来说，给设备配备一台UPS是十分必要的。

另外，地铁中很多精密的网络设备和通信设备是不允许电力有间断的，以服务器为核心的网络中心要配备UPS是不言而喻的，因此为防止数据丢失而配备UPS也是十分必须的。

3 UPS选型

UPS按工作原理分成后备式、在线式与在线互动式三大类，如表1所示。 表1UPS分类表

UPS类型 优点 缺点 适用场合

后备式 结构简单而具有价格便宜 一般有10ms左右的转换时间，逆变输出的交流电是方波而非正弦波 普通设备及对电力要求不高的环境

在线式 能够持续零中断地输出纯净正弦波交流电,能够解决尖峰、浪涌、频率漂移等全部的电源问题 结构较复杂，成本较高 关键设备与网络中心等对电力要求苛刻的环境中 在线互动式 具有滤波功能，抗市电干扰能力强，转换时间小于4ms，逆变输出为模拟正弦波 存在转换时间，性能不如在线式UPS 对电力要求较高的环境和设备

根据地铁运行环境对电力要求非常高的特点，在地铁中适宜选用在线式UPS。 下面介绍一下UPS功率的选择。

首先要确定您的设备是多大功率的，具体设备的功率数值可以参考该设备的说明书。 其次应了解UPS的额定功率有两种表示方法:视在功率(单位VA)与实际输出功率(单位W)，由于无功功率的存在所以造成了这种差别，两者的换算关系为：视在功率*功率因数=实际输出功率 ，在线式的功率因数一般是0.8。 给设备配UPS时应以UPS的实际输出功率为匹配的依据进行选择。

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4 蓄电池容量计算

根据蓄电池恒功率放电参数可以快速准确地选出蓄电池的型号。首先计算在后备时间内，每个12v单体电池至少应向UPS提供的恒功率。

P（W）电池组提供的总功率P（VA）UPS标称容量（VA） Pf UPS功率因子η逆变器转换效率

Pnc 每cell需要提供的功率 n 机器配置的电池数量 N 单体电池cell数 Vmin 电池单体终止电压 计算步骤：

P（W）={P（VA）*Pf}/η Pnc=P（W）/（N*n）

可以在根据电池的Vmin下的恒功率放电参数表中，找出等于或者稍大于Pnc的功率值，这一功率值所对应的型号即能够满足UPS系统的要求。如果表中所列的功率值均小于Pnc。可以通过多组电池并联的方式达到要求。

5 UPS在沈阳地铁AFC系统中的应用 沈阳地铁一号线AFC系统共涉及22座车站。

系统输入电源为一路经过电力切换后的交流三相380V电源。输入电源经过交流配电柜接入UPS主路输入端；同时该380V输入电源接入AC380V/AC220V 变压器原边，变压器AC220V输出端接入UPS旁路输入端。UPS工作模式为三相输入，单相输出，因此旁路输入回路增加一级AC380V/AC220V 变压器，确保UPS旁路工作时，电网三相负载相对平衡。 UPS输出单相AC220V，经过隔离变压器后再通过交流配电柜分别输出至负载。AFC系统负载为售检票机、闸机以及机房设备，根据供电要求在对应输出端配置输出防雷器件。 UPS环节配置的蓄电池，可以保证系统输入停电后，售票机设备持续运行30分钟，闸机设备可以持续运行5分钟。

根据各车站机房条件和负载情况，22座车站共设计三种供电方案。

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(1)每个车站设置1台UPS，全部负载接到UPS。

(2)每个车站配置2台UPS，1台UPS带载自动售票设备，后备时间30分钟，另1台UPS带载闸机设备，后备时间5分钟。

(3)每个车站配置2台UPS，售检票设备和闸机设备混合接到两台UPS输出端，UPS后备时间30分钟。为保证闸机部分在5分钟后停止供电需要将所有闸机供电统一在一个空气开关的后面，并统一加入时间继电器与接触器，具体如下图2所示。

图2时间继电器控制闸机供电原理图

具体工作原理：由上图所示， “T”为停电触点、“KT”为延时继电器、“KM”为交流接触器。图1中AC220V为市电输入，先通过空开再到交流接触器。此次方案中设置KT为5分钟的定时功能。当市电正常时，T断开，KT闭合。通过KM供电的闸机正常工作。当市电异常，T闭合，延时开断路器KT开始动作，在我们设置的5分钟后，KT断开，从而驱动KM断开，KM后端闸机断电。由以上系统即可实现闸机在市电停电后5分钟停止工作。 5 结语

本文给出了UPS在沈阳地铁自动检票系统中的具体的设计方案，对AFC自动检票机系统的供电保障有着一定的现实意义。 参考文献

[1] 孙彰林.地铁供电系统可靠性设计[J].现代城市轨道交通,2006.