1、采用离线式 UPS 改造设计方案摘要:深圳地铁罗宝线作为深圳轨道交通一期工程开建和运营时间最早，自 2003 年夏完成土建施工至今已运行近 10 年，运行过程中未出现重大事故，创下安全运营 3000 天的记录。但各弱电系统设备已陆续进入大修期，为专用通信系统提供稳定纯净电源的 UPS 系统老化现象严重，先后出现多次电容、电感损坏等故障，严重影响专用通信系统正常工作。如何保证为专用通信系统提供稳定的电力供应成为深圳地铁面临的重大问题。 关键词：轨道交通;在线式 UPS;离线式 UPS;改造 中图分类号：U213.2 文献标识码： A 文章编号： UPS 系统改造方案主要可分两个方向， 设计方向一
2、、对现有在线式 UPS 进行升级，整体更换老化的 UPS，改造后的 UPS 系统仍未在线式。 设计方向二、考虑引入 STS 负载自动切换系统将现有的 UPS 改造为离线式，平时以弱电配电柜直接从机电专业，当机电专业供电系统故障时 STS 切换到 UPS 系统供电，保证为弱电系统提供稳定的电源。 目前轨道交通行业主要采取在线式 UPS，本文旨在讨论将既有在线式UPS 改造为离线式 UPS 的可行性。在现有的 UPS 配置进行改造的同时，不进行较大规模的设备迁移和调整。方案可以一站一系统为试点，实施后需进行三个月以上试用测试，具备稳定、可靠性能方可进行推广应用。 STS 静态转换开关（Static
3、 Transfer Switch）为电源二选一自动切换系统，正常工作状态下，在主电源处于正常的电压范围内，负载一直连接于主电源。在主电源发生故障时，负载自动切换到备用电源，主电源恢复正常后，负载又自动切换到主电源。STS 采用先断后通（Break before Make）的切换方式，可以实现不同输入电源之间的不间断切换， 为单电源负载提供双母线供电，其整个切换时间小于 8ms。它的切换方式是先断后合，因此两电源在切换时的相位差甚至可以大于 180。STS 的切换时间比 ATS 要快上一千多倍，而且没有声音、没有火花，对一般电子设备来说，这种两个电源之间的切换间隔几乎是没有感觉的。 既有线离线式
4、 UPS 改造方案考虑使用 STS 负载自动切换系统实现现有 UPS 的离线式改造，如下两种设计方案。 一、设计方案一 在既有单 UPS 供电系统上，增设两台 STS 静态转换开关，前段 STS实现两路市电输入的二选一自动切换，并设置输入断路器及 C 级防雷（或浪涌保护器） 。末端 STS 实现 UPS 与市电输入的二选一自动切换,并设置输入断路器，主用市电输入供电，UPS 备用。末端 STS 若为三相电源输入，则需加设三相隔离变压器实现中性线（零线）的自动切换。同时，增设一市电至供电系统的输出（即负载的输入）维修旁路，采用自锁两输入选择开关，避免误操作造成市电短路。设计方案如图一： （一）设
5、计方案一的优点 1、负载一般情况下直接由市电供电，UPS 逆变器不工作，因此根据不同性能 UPS 可节能约 10%20%。 2、末端 STS 监测到市电较大波动或断开时，可及时切换至 UPS 供电，保证设备系统用电。 3、对既有供电系统线路、设备改动较小，新增设备少。 （二）设计方案一的缺点 1、在供电线路故障或变电设备检修时可能出现双电源箱频繁切换的情况，对计算机类设备影响较大。 2、UPS 提高电源质量的作用得不到使用，将会使计算机类设备的故障率升高，带来更多不确定因素。 3、UPS 后备使用，长时间处于空载状态将大大降低 UPS 性能，缩短蓄电池的使用寿命。 二、设计方案二： 针对设计方
6、案一未使用 UPS 提高电源质量的功能，UPS 长时间处于空载状态将大大降低 UPS 性能，缩短蓄电池的使用寿命的问题，在设计方案一的基础上提出了第二套改进方案。方案在供电系统末端设置两台STS，将负载划分成两组各自接末端 STS 的输出，UPS 输出与市电输入同时分接两台末端 STS，一台 STS 为主用市电输入，另一台 STS 为主用 UPS输入，互为后备，可分别为两组负载供电亦可单独为两组负载供电。负载可根据对输入电源稳定性的需求划分在同一负载组，正常情况下由主用 UPS 的 STS 供电。增设两路市电至供电系统两组输出（即两组负载的输入）维修旁路，采用自锁两输入选择开关，避免误操作造成
7、市电短路。设计方案如图二： （一）设计方案二的优点 1、UPS 提高电源质量的功能得到充分发挥，保证设备供电的品质。 2、末端 STS 监测到市电较大波动或断开时，可及时切换至 UPS 供电，保证设备系统用电。 3、UPS 一直处于负载状态，蓄电池可不定期充电、放电。 （二）设计方案二的缺点 1、与设计方案一比较，对既有供电系统线路、设备改动较大，新增设备多，改造成本较高。 2、在供电线路故障或变电设备检修时可能出现双电源箱频繁切换的情况，对计算机类设备影响较大。 三、将现有在线式 UPS 改为离线式的风险 （一）使用离线模式 UPS 必须增加 STS 静态切换开关，在改造过程中必须断开 UP
8、S 负载的供电，临近使用年限的设备断电后重新上电，存在设备无法正常启动的风险，特别是一期工程设备性能下降，风险更大。（二）仅靠上述两种方案改造供电系统并不可能 100%地确保在它的输出端、再也不会出现”停电”事故。相关的统计资料证明：由于供电系统设备的选配不当或输入配电系统/输出配电系统的设计不当而造成从几十毫秒到几秒的“短暂停电”或超过几分钟的“长时间停电”的事故仍然有发生。 （三）目前质量好并适用目前地铁用电设备的成熟 STS 负载自动切换系统及其配套设备价格较贵，将现有在线式 UPS 改为离线式的成本可能较高。 图 1 图 2 通过以上分析可以看出方案一未使用 UPS 全部功能，但成本较
9、低，而方案二可以充分使用 UPS 整流逆变功能保护下级负载，但成本较高，两种方案的优劣主要取决于下级负载对电源质量的要求。鉴于目前主流UPS 均为在线式，若将现有在线式 UPS 改造为离线式，整个 UPS 系统的成本将比新建更高。所以采用哪种方案设置 UPS 应在初步设计阶段确定，建成后再改造将造成很大浪费。 总结：UPS 通过整流逆变功能能够保护下级电子设备，对电源质量要求较高的电子设备宜采用在线式 UPS 或者按本文方案二设置 UPS，而对电源质量要求较低的用电器可采用离线式 UPS 作为后备电源。 参考文献： 电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验（GB/T17626.4-1998） 浪涌(冲击)抗扰度试验 （GB/T17626.5-2008） 不间断电源装置（UPS） （GB/T6270.3） 通信用不间断电源UPS （YD/T1095-2000）
