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城市軌道交通UPS電源整合應用方案

發布時間:2011-03-20   人氣:2772  來源:juhua352844.cn

一、 前言
  
  城市軌道交通車站内包含衆多的弱電設備系統,如通信、信号、綜合監控、環境監控、辦公自動化、門禁、自動售檢票、火災自動報警、屏蔽門、應急照明、變電所綜合自動化等這些系統負責地鐵車站的旅客運輸環境監控、信息傳遞和乘客導引等,屬于重要或特别重要的一級負荷,需要可靠性很高的電源.以保證供電質量和供電連續性。
  
  在以往的軌道交通工程中.車站各弱電系統分别配置自己的電源系統,存在設備重複配置、利用率低,占地面積大,經濟上不合理等缺點。在運營維護中,各系統基本沒有專業的電源維護人員,造成實質上的電源系統維護少或維護不當的狀況導緻蓄電池容量降低,不能達到備用時間要求。國内地鐵曾發生由于蓄電池的原因,造成行車中斷的情況。
  
  随着電力電子設備制造工藝和應用技術的發展,大容量電源系統和先進控制技術在通信和電力系統中成熟使用,為軌道交通工程中實現對各個弱電電源系統的整合提供了有利條件。在中國已有的地鐵工程中,如北京地鐵機場線工程中已經就車站弱電系統電源整合進行了初步嘗試。
  
  二、 客戶需求
  
  (一)整合原則及需求
  
  對各電源系統的蓄電池、裝置進行硬件整合和集中布置,便于電源系統的統一維護與管理。通過集中布置減少設備用房面積,降低車站土建工程造價。通過硬件整合減少設備重複配置.實現資源共享節省設備投資。
  
  1、地鐵中各弱電系統對電源的可靠性要求很高,電源斷電時會造成地鐵停運甚至人身傷害,帶來不可估計的損失,因此各車站電源整合系統分别設置兩套電源裝置(含整流器、逆變器、蓄電池)、負載同步控制器、智能控制單元等。
  2、電源及蓄電池設置。設置兩套電源裝置,在工程實施工程中,具體收集每一個設備的用電需求資料,并由此計算出較精确的容量。為确保能夠長期安全可靠的運行,推薦UPS的最大負載量一般為60%~80%UPS的額定輸出功率。根據相關工程經驗,典型地鐵車站各弱電系統的負載總量一般約為90kVA左右,所以每套UPS的容量可選120kVA。
  3、負載同步控制器。當兩路UPS電源不同步時,在轉換過程中可能造成負載電壓的擾動、接通時電流過大而停機。如要在電源不同步時可靠地轉換.則必須增長間斷時間(一般為15ms)。這樣将對負載非常不利(計算機負載電源間斷時間不大于8-10ms)。
  4、智能控制單元。智能控制單元負責控制管理UPS電源裝置蓄電池,對UPS電源整合系統監控信息上傳。
  5、機房整體設計應體現“綠色機房、科技機房”的特點,響應國家“節能減排”政策的号召,利用先進技術及設計理念整體提高系統節能指标。
  
  (二)各弱電系統負載類型及需求分析
  
  1、通信系統。負載類型:傳輸、無線、公務電話、專用電話、閉路電視、廣播、時鐘等子系統的計算機網絡通訊設備電源要求能連續供應AC220V電源。
  2、信号系統。負載類型:信号系統旅客信息系統等計算機、網絡設備.控制設備;電源要求:能連續供應AC380/220V電源。
  3、整合監控系統(含環境監控、門禁)。負載類型:計算機、網絡設備,環境監控和門禁控制設備;電源要求:連續供應AC220V電源。
  4、自動售檢票系統(AFC)。負載類型計算機、網絡設備,AFC終端設備.電源要求:能連續供應AC220V電源。
  5、辦公自動化系統。負載類型:計算機、網絡設備:電源要求能連續供應AC220V電源。
  6、屏蔽門系統。負載類型屏蔽門控制、驅動設備等電源要求:控制設備需連續供應AC220V控制電源驅動設備需要DC110V驅動電源。
  7、火災自動報警系統。負載類型.計算機網絡設備、報警控制器等電源要求需連續供應AC220V電源。
  8、變電所直流輔助電源。負載類型:裝置電源、控制電源、電機電源,電源要求能連續供應DC220V電源。
  9、車站應急照明系統。負載類型.包括疏散照明和備用照明,電源要求能連續供應AC220V電源。
  
  三、 供電方案建議
  
  根據上述客戶需求,我公司提供由DeltaHIFT高智能容錯UPS所組成的雙總線供電系統。
  
  1、 UPS選型:
  考慮到機房負載情況,以及對可靠性的要求,因此建議采用DeltaHIFT高智能容錯120KVAUPS兩台,組成雙總線供電系統。
  
  該型号産品的物理尺寸:520×910×1695(W×D×H)重量:230Kg
  
  另外針對系統對同步控制的要求,普通的雙總線系統會在兩台UPS之間增加外置同步控制器,不但額外增加了成本,最關鍵的是增加的外置同步控制器會成為系統的單點故障點,因此會大大的降低系統的可靠性。而台達HIFT系列UPS内置了同步控制功能,這樣系統就避免了同步控制器成為系統的單點故障,同時又降低了系統成本。
  
  2、 供電系統選擇:
  鑒于系統的重要性及高可靠性要求。所以選擇DeltaHIFT高智能容錯UPS系統——内部采用模塊化結構,組成模塊N+X冗餘結構,因此系統供電可靠性要遠遠高于普通UPS所組成的雙總線供電系統。
  
  3、 蓄電池容量選擇:
  系統後備放電30分鐘。
  蓄電池型号:DCF126-12/20012V200Ah蓄電池
  蓄電池數量:40顆(一組)
  
  UPS電源整合系統分别從降壓所0.4V兩段母線引進一路AC380V電源作為兩套UPS裝置的輸入電源。
  
  正常工作時,兩套UPS裝置冗餘并機運行.共同分擔其負載電流向各用電系統提供AC380/220V不問斷電源每台UPS單機容量能滿足系統總容量要求。并設置智能控制單元,負責按設定的時間依次切除各種負荷。
  
  屏蔽門系統、變電所輔助電源應急照明由各個系統獨立設置後備電源,不納入電源整合範圍。
  
  方案系統圖:


   

方案配置清單:

序号
設備名稱
規格型号
數量
備注
1
UPS主機
GES-HIFT120K
2
内部三個模塊組成4+1并機冗餘系統
2
蓄電池
DCF126-12/200
80
 
3
電池櫃
DBC20B
4
每組電池2個電池櫃
4
線包組合
YU379907900
4

序号
設備名稱
規格型号
數量
備注
1
UPS主機
GES-HIFT120K
2
内部三個模塊組成4+1并機冗餘系統
2
蓄電池
DCF126-12/200
80
 
3
電池櫃
DBC20B
4
每組電池2個電池櫃
4
線包組合
YU379907900
4
 

方案配置清單:
序号 設備名稱 規格型号 數量 備注
1 UPS主機 GES-HIFT120K 2 内部三個模塊組成4+1并機冗餘系統
2 蓄電池 DCF126-12/200 80  
3 電池櫃 DBC20B 4 每組電池2個電池櫃
4 線包組合 YU379907900 4  

四、 方案優勢分析
  
  随着企業對可用性的要求越來越高,為機房或數據中心配置采用容錯技術的供電系統的必要性則突顯出來。所謂容錯,就是采用冗餘的資源,使UPS系統具有容忍故障的能力,即在發生故障的情況下,仍能确保系統的逆變輸出,為由服務器和存儲等關鍵設備構成的網絡系統提供潔淨穩定的電源。
  
   HIFT(High-IntelligentFault-Tolerance)------海福系列,即是Delta公司最新推出的高智能容錯UPS,它的顯着優勢和帶給客戶的價值包括但不限于:

産品優勢
客戶價值
MTTR近于0
最快的系統修複時間
N+X冗餘
最高的系統可靠性
随需擴容
最經濟的投資策略
高效節能
最低的運行成本
小配件大管理
最全面的動環監管


  ◆ 系統可靠性高
  
  系統可靠性計算公式:
   

城市軌道交通UPS電源整合應用方案
 

  
  HIFTUPS模塊2+1冗餘系統可靠性:
     R(2+1) ={1-[1-R]2}3=0.9997 
  HIFTUPS模塊1+2冗餘系統可靠性:
  R(1+2) ={1-[1-R]3}1=0.999999
  供電方案 75%帶載量 50%帶載量 方案比較

供電方案
75%帶載量
50%帶載量
方案比較
普通單機
0.99
0.99
 
HIFT UPS
2+1冗餘
0.9997
——
比普通單機UPS33
1+2冗餘
——
0.999999
比普通單機UPS一萬倍

  HIFTUPS組成的N+X冗餘供電系統,系統的實際負載量占設備容量的大小與系統的可靠度息息相關,實際負載量越低,系統冗餘度越高,系統可靠度也就越高。這恰恰是普通UPS所無法比拟的。
  
   系統可用性高
  
  可用性是衡量系統提供持續服務的能力。
   

城市軌道交通UPS電源整合應用方案
 

  
  HIFTUPS采用模塊N+X冗餘技術,可在線熱插拔故障模塊,MTTR可視為0

 
普通UPS
HIFT UPS
MTTR
平均5個工作日
0


  不同供電方案可用性比較(MTBF以20萬小時為例)

供電方案
系統可用性(A
MTTR
普通單機
0.9998
5個工作日
40小時)
HIFT UPS
2+1冗餘
1
0
1+2冗餘
1
0


    HIFTUPS可降低“再發生故障”500-1000

 


 
城市軌道交通UPS電源整合應用方案
 

    随需擴容
  
  快速變化的業務要求企業機房和數據中心具備靈活性(Agility)。當更多的IT應用強調動态結構時,支撐這些應用的UPS供電系統是必須提前一步到位,還是可以根據需要靈活配置?
  
   傳統UPS客戶,在規劃時必須滿足未來可預見的最大負荷功率要求。比如,現在負載總容量雖然隻有20kVA,但因将來可能會增長到60kVA,客戶在初始配置時通常都會直接采購功率為達到100kVA的UPS,以避免未來因升級困難而導緻的容量不足。
  
   HIFT(海福)UPS因采用模塊化結構,可以在20kVA到480kVA的寬廣範圍内,以20kVA為單位來随時随需在線擴容,客戶不再需要僅是為未來的可能性而提前投入大筆費用。(見下圖)

 

城市軌道交通UPS電源整合應用方案
城市軌道交通UPS電源整合應用方案
 

 

  HIFT(海福)UPS的這種靈活性,即允許配置容量最貼近實際需求容量的能力,不僅降低了UPS的初始購置成本,更減少了配套設備(如空調)的配置與能耗支出,有效防止了基礎設施超前超大規模設計導緻的不必要開支。
  
   高效節能——降低運營成本
  
  綠色節能不僅是企業對社會的責任,更與企業運營成本息息相關。
  
  通常帶載越少,UPS效率越差。而HIFT(海福)UPS,即使帶載隻有額定容量的15%,整機效率亦超過90%;當帶載達到27%時,效率就已高達94%。效率在百分比上的每一小步提升,能耗支出的節省都是一大步。
  
  HIFTUPS效率曲線圖
  
  效益分析:

 


 

  UPS一年耗電量:

 
普通UPS
HIFT UPS
比較
整機效率
88%
94%
 
自耗電量
20158
4718
15540HIFT UPS節省)
自耗電電費
(按工業用電1.8/度計算)
36284
8492
27792HIFT UPS節省)

  空調制冷成本(以空調的EER(能效比)為3.3來計算):

 
普通UPS
HIFT UPS
比較
整機效率
88%
94%
 
自耗電量
20158
4718
15540HIFT UPS節省)
空調耗電量(1/3.3
6108
1573
4535度(HIFT UPS節省)
自耗電電費
(按工業用電1.8/度計算)
10994
2831
8163元(HIFT UPS節省)

  
  根據上述計算,采用HIFTUPS與普通UPS相比較,僅從電費這一項上來計算,每年兩台80KVA的HIFTUPS每年節省的電費=(15540+4535)度×1.8元×2=72270元。
  
    小配件大管理
  
  HIFT(海福)UPS,加上SNMP卡和環境監測模塊,即可對機房的動力環境,包括溫度、濕度、火、煙霧、漏水、以及門禁,進行全面的監控和管理。

 

城市軌道交通UPS電源整合應用方案
 

    五、 結論
  
  綜上可知,城市軌道交通中弱電系統的UPS電源整合是适應軌道交通快速發展而出現的它對合理配置電源資源起到了較大的作用,提高了軌道交通弱電系統的經濟性、安全性,并減小了維護量。随着軌道交通的快速發展,UPS整合電源必将得到快速發展和廣泛應用。
 


  
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