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地铁信号电源的双UPS并机方案
概述
信号系统的大部分设备为冗余结构，但UPs成为信号系统整体可靠性提高的瓶颈。铁道电源专家中电华星为解决此问题呢，提出一种地铁信号电源的双uPs并机方案，有效提高信号电源的可靠性，进而提高信号系统和列车运行的品质。
1 原因及目的
地铁信号系统发展迅速。地铁信号系统是保障行车安全、提高行车效率的重要设备，信号电源UPS为信号系统持续不间断工作提供有力保障。然而，信号系统的大部分设备为冗余结构，单UPS成为信号系统稳定运行的瓶颈。
中电华星为进一步提高信号系统电源设备的可靠性，对信号单UPS电源系统设备进行优化，形成信号电源系统设备的UPS并机方案，在实际应用具有重要意义。
2 原理简述
双UPS并机方案的电源系统示意如图l所示。
3 方案简述
3．1 双UPS运行条件
1)2套UPS的容量相同，而且具有相同的软件、硬件版本；
2)2套UPS装置主路、旁路切换后，输出的电压幅值、频率、相位和相序均相同。
3．2 方案设备配置
本方案配置2套UPS电源设备，包括2套完全相同的UPS、1台稳压器、2套蓄电池。
两路外电源经过双电源切换装置后，分别接入2个UPS，经UPS整流、逆变后再输送至智能电源屏，智能电源屏根据信号设备的用电电压种类，可以输出AC380 V、AC220 V、AC110 V、DC220 V、D C110 V、D C60 V、DC24 V、DC24 ～ 60 V 等。电源屏内根据不同负载需求配置不同的电源模块。
UPS设备设置静态旁路，在2台UPS主机均退出运行时，转至静态旁路供电。静态旁路设置稳压器和隔离变压器。在静态旁路投入运行时，仍能提供洁净电源。
双UPS并机方案的电源系统原理如图2所示。
3.3 运行方式
1)正常运行方式
外部电源为信号UPS电源系统提供2路电源。
2台UPS装置并机运行，各分担50％负荷；并机系统指定追踪系统旁路电源。每套UPS将切换后的电源经整流、逆变后给各个负载供电，同时给蓄电池组充电。
2)非正常运行方式
a．一路外电源停电时，由双电源切换装置切换到另一路外电源，维持为UPS电源系统提供电源。
b．两路外电源均停电时，UPS电源系统将蓄电池电源逆变给各个负载供电。
C．一台UPS装置故障时
当发生一台UPS逆变器故障，另外一台UPS装置正常时，则故障UPS装置退出运行，另一台U PS装置承担系统全部负荷，如过载则自动切换到静态旁路。
当发生一台UPS整流器故障，另外一台UPS装置正常时，则故障UPS装置先经蓄电池放电，给系统负载供电，与另一套UPS装置均担负载，蓄电池放电结束后，该故障UPS装置退出运行，由另一台UPS装置承担系统全部负荷，如该台UPS过载，则自动切换到静态旁路。
d．两台UPS均故障
当两台UPS逆变器均故障时，转换到静态旁路，维持供电。
当UPS整流器部分故障，则蓄电池放电，放电结束后，转换到静态旁路。
当一台UPS逆变器故障、另一台整流器故障时，转换到静态旁路。
e．两路进线均停电且一台UPS故障
两路外电源均停电且一台UPS整流器故障，另一台UPS装置正常时，UPS装置对蓄电池电源进行逆变，给各个负载供电。
两路外电源均停电且一台UPS逆变器故障退出运行，另一台UPS装置正常时，正常UPS装置对蓄电池电源进行逆变，给各个负载供电。
f．蓄电池维护或故障
当系统需要进行蓄电池维护或蓄电池故障时，退出需要维护的蓄电池组或故障蓄电池组，进行维护或检修；此时，一套UPS无蓄电池工作，另一套UPS正常工作。
g．UPS装置维护
需要对UPS装置维护时，退出该UPS装置上口的开关，以及出口开关、蓄电池开关，使UPS装置彻底无电，进行维护。另一套UPS装置正常工作，给各系统提供电源。
h．UPS智能控制单元故障
一套UPS智能控制单元故障，该UPS装置退出运行，由另一台UPS装置承担系统全部负荷。
两套UPS智能控制单元均故障，此两台UPS装置均退出运行，系统自动转换到静态旁路，由旁路承担系统全部负荷。
3．4 负载供电方式
1)交流负载
为了防止负载短路时对上级UPS中的逆变器造成影响，在电源屏中为每个交流回路分别配置交流电源模块。
对于需要双电源供电的交流负载和单电源供电的交流负载，均通过隔离变压器直供，提供隔离电源。
2)直流负载
在电源屏中为每个直流回路分别配置直流电源模块。对于直流负载，由两个连接同一母线的直流电源模块并联冗余输出，提供一路电源；当任一个电源模块出现故障或进行维修时，应能转换至备用电源模块，继续保持供电。
3)为三相交流转辙机供电
对于三相交流的UPS输出电源，采用从单母线上直接通过一个三相交流隔离变压器为交流转辙机供电的方式。
3．5 可靠性分析
根据UPS厂家提供的可靠性数据：如某款单机UPS的平均无故障时间MTBF为50万小时(5×105h)，则根据并机UPS平均无故障时间计算公式：MTBF总=1／入+1／入+1／ (入+入)=2．5/入=2．5MTBF=2．5×5×105=12．5×105h。即并机UPS平均无故障时间为单机UPS的2．5倍。
4 结束语
据中电华星铁道电源工程师介绍，地铁信号电源的双UPS并机方案，提高了信号电源的可靠性。更多电源解决方案详询中电华星。
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