为确保高速铁路行车的安全性,根据铁道部对客运专线信号电源系统的要求,铁路部门采用台达NT系列两台UPS直接并联供电,按照要求对于有维护人员值守的车站,UPS配置蓄电池后备供电时间为30min,没有维护人员值守的车站UPS配置蓄电池后备供电时间为2h。此系列双变换在线式UPS可适应于供电环境恶劣的地区使用,直接并机最多支持8台,并机系统采用共用电池组功能,提高蓄电池的利用效率及减少安装空间;并在原有信号电源系统的基础上优化供电方案,提供信号系统高安全、高可靠的绿色节能电源系统。信号电源系统优化方案的架构如图1所示。

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                                           图1  信号电源系统方案的架构

2   典型车站信号系统UPS配置方案

表1是车站信号系统的负载容量典型值为15kW电源的统计情况,包括三相电源输入,计算机联锁,4kVA容量的25Hz轨道电路等。

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考虑UPS负载百分比选取70%工作,UPS负载功率因数PF为0.8,选取UPS额定容量=15kW/70%/0.8=27kVA,那么UPS主机容量为30kVA即可满足负荷的需求,UPS供电系统配置方案如表2所示。

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3   信号电源UPS供电系统分析

(1)采用两台30kVA UPS构成“1+1”冗余并机，输入采用两路市电，经ATS自动切换后给UPS输入。两台UPS并联共用两组电池组，如图2所示。

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                             图2  “1+1”并联冗余共用电池方案系统图

(2)UPS标配双回路输入功能,提高系统可靠性。内置维护旁路设计,便于系统检修及维护。双回路输入设计可以实现主输入供电回路与旁路隔离,分别采用两路不同市电,大幅度提高系统可靠性。

(3)采用“1+1”冗余并机系统设计,大幅度提高UPS可靠性。NT系列UPS单机MTBF大于300000h,单机可靠度大于99.99%,采用“1+1”并机大于99.999%。另外，NT系列UPS可提供强大的并机能力,无需并机卡即可并机,最多支持8台并机,并且可以在线不断电扩容,满足后期系统扩容需要。同时采用高精度的多CPU冗余的数字控制技术,保证UPS参数及并机时相位的严格一致,提高了并机系统的带载能力和可靠性。

(4)UPS供电系统具有RS232、RS485及SNNP等通讯接口供选择,可以直接通过网络或动力环境采集,对UPS实现远程集中监控,可远程查看UPS运行的各项参数，事件记录进行实时检测。当UPS系统发生事故时,可通过集中监控软件或者干节点信号发出告警提示。

(5)智能电池管理功能,NT系列UPS具备智能电池管理能力,具备自动均充、浮充转换功能,可以定期对电池进行安全发电检测,另外还可以根据负载情况,自动调整放电截至电压,通过上述功能,可以显著延长电池寿命。另外,NT系列UPS还具备电测漏液检测功能及充电自动温度补偿能力,提高了系统运行的安全性。

(6)方案中两台UPS共用两组电池,市电正常时,各UPS同时给电池组充电;市电异常或者中断时,各UPS同时利用电池组进行逆变转换,为负载提供能量。这样做可以节省50%的电池投资及安装空间,同时也减少了承重投资,明显提高了电池的利用效率。另外,每个电池柜均配置电池开关保护,电池组空开采用冗余方式连接,允许系统中任意一个空开故障而不影响系统的正常工作,提高了系统可靠性。

4   信号电源UPS设备性能特点分析

4.1   绿色节能特点分析

(1)宽广的输入电压范围

宽广的输入电压范围(380V/220V，-32%～+35%),适应供电环境恶劣的地区使用,可有效降低电池放电次数及损耗,延长电池使用寿命,减少了电池产品对周围环境的污染,也减少了用户在电池上的投资。

(2)共用电池功能

在采用并机冗余供电的情况下,选择共用电池方案,在满足同等放电时间条件下，两台主机可利用并联电池组工作,通过该功能可全面节省用户对电池的投资,节省购买电池的资金,还节省安装空间及承重方面的投资,对于系统扩容也非常方便、简单。

(3)高功率密度

UPS主机体积小,不仅减少了所用材料,而且更易散热,机房的温度影响变小,使得空调耗电也相对减少,提高了整个机房的绿色环保指标。高密度设计可节省占地面积及安装空间,提高灵活性,适应不同的机房物理环境。

(4)整机效率高

NT系列UPS在线模式效率>91%,采用经济运行模式效率可达98%以上,可有效地利用电能,节省运营成本。另外,由于UPS效率的提高及发热量的减小,也可节省机房空调设备的用电量及电费。

(5)散热风扇采用风速控制

NT系列UPS散热风扇具有10段风速控制,由负载的容量、温度高低自动调整风扇的转速,可节省电能，减少运营成本,改善系统可靠度、提升效率、降低噪音以及延长风扇的使用寿命。

4.2   可靠性特点分析

(1)NT系列UPS的元器件都是经过严格筛选,紧紧把住原材料关。对UPS出厂前做全面细致的测试,确保各项功能与质量。

(2)采用智能的微处理器CPU控制设计,简化复杂的模拟线路并且减少了零件数目,提高了整个系统的集成率及可靠度;

(3)NT系列UPS在设计方面散热风扇转速采用智能化控制设计,风扇转速可根据负载大小自动调整,控制电源采用双冗余设计,主功率器件采用IGBT技术,大大提高了系统的可靠性。

(4)NT系列UPS控制电源采用双路电源,任何一路出现故障,UPS仍可正常供电,且不同控制电源电路的输入来自不同的电源,更加确保控制电路的运行,提高系统可靠度。

(5)标配有输出隔离变压器,稳定可靠,过负载能力和抗冲击能力强,隔离谐波的*及降低零地电压,为负载提供稳定可靠的纯净电源。

在政府、地铁、铁道、通信、医疗、工业、电力等行业使用多年,通过实践证明NT系列UPS是具有高可靠性、高可用性的产品,其平均无故障时间MTBF>300000h,平均维修时间MTTR<0.5h。

4.3   安全性特点分析

(1)采用双变换在线式设计,保障用户的精密设备供电质量,市电与电池供电为零切换时间,为用户负载提供纯净的正弦波安全可靠的电源,延长了设备的使用寿命。

(2)紧急事故关机功能(EPO),当地震或火灾等紧急事故发生时,可通过面板EPO按键或利用远程遥控EPO功能快速将UPS关机,减少UPS供电系统在紧急事故中造成的损失,有效地保护负载。

(3)整流器采用软启动设计,当UPS的输入电源转为由发电机连续供电使用时,可使发电机得到平滑过渡连接,避免发电机受到瞬间负载的冲击或过载故障,使得发电机保持正常、安全运行,延长发电机组使用寿命。

(4)具有电池漏液侦测功能,可提早侦测出电池的漏液并进行告警,避免电池漏液引起事故。

(5)并机系统可采用共用电池方案,每个电池组由29只电池串联,如在同样给用户提供1h后备时间的情况下,可减少电池的投资,还可以节省大量的安装空间,提高电池的利用效率,当其中一台UPS退出并联系统后,仍能保证满载情况下后备时间为1h,确保信号系统的安全运行,保障高速铁路行车的安全性。

(6)NT系列UPS具有安全、适用的短路保护功能,当侦测到逆变器的输出电压小于50V达两个周期(即40ms)时,便认为输出端短路,逆变器保护锁机,转由旁路供电,转换时间<1ms。在并机系统中,当侦测到UPS逆变器输出电压小于50V达两个周期时,便认为是系统输出短路了,这时并联两台UPS立即关闭逆变器进行自我保护,同时将负载切换到静态旁路下供电。如果短路故障排除了,则UPS自动恢复到正常工作模式。如果短路故障仍然存在,则靠跳脱静态旁路的输入开关来保护。

整个短路保护的设计理念是:不到万不得已不给负载断电,瞬间短路或者万一有误侦测到短路时,不会造成负载断电。

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