王國(guó)富 張立峰 劉海東

（1．濟(jì)南軌道交通集團(tuán)有限公司，250101，濟(jì)南；2．山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，266590，青島//第一作者，教授級(jí)高級(jí)工程師）

濟(jì)南軌道交通R1線弱電系統(tǒng)不間斷電源建設(shè)方案探討

王國(guó)富1，2張立峰1劉海東1

（1．濟(jì)南軌道交通集團(tuán)有限公司，250101，濟(jì)南；2．山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，266590，青島//第一作者，教授級(jí)高級(jí)工程師）

介紹了濟(jì)南市軌道交通R1線的工程概況及建設(shè)原則，詳細(xì)闡述了R1線不間斷電源（UPS）建設(shè)方案，著重論述了供電方式及UPS整合方案的比選。R1線一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷不整合，采用UPS分散供電方式；將ISCS（綜合監(jiān)控）、ACS（門(mén)禁系統(tǒng)）、AFC（自動(dòng)售檢票）、OA（協(xié)同辦公）與PIS（乘客信息系統(tǒng)）等專(zhuān)業(yè)的設(shè)備進(jìn)行整合，共用1套UPS；BAS（環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)）獨(dú)立設(shè)置UPS，其設(shè)備與電源設(shè)置在ISCS設(shè)備機(jī)房。整合的負(fù)荷UPS采用雙機(jī)并聯(lián)冗余供電方式。計(jì)算了R1線采用UPS整合方案后的UPS容量及造價(jià)，以及機(jī)房建筑面積，計(jì)算結(jié)果顯示，R1線UPS建設(shè)方案提高了供電的安全性和可靠性。

城市軌道交通；不間斷電源；弱電系統(tǒng)；分散供電；綜合系統(tǒng)供電

城市軌道交通弱電系統(tǒng)主要涵蓋通信、信號(hào)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）、自動(dòng)售檢票（AFC）系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）、門(mén)禁系統(tǒng)（ACS）、電力監(jiān)控（PSCADA）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）等專(zhuān)業(yè)。為提高運(yùn)輸效率、保證行車(chē)安全，弱電系統(tǒng)多采用不間斷電源（UPS）作為應(yīng)急電源。UPS能保證供電質(zhì)量和供電連續(xù)性，能確保弱電系統(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)行，在確保軌道交通安全運(yùn)營(yíng)方面起著重要的作用。弱電系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)龐雜，不同城市的軌道交通UPS建設(shè)方案也不盡相同。本文對(duì)濟(jì)南市軌道交通R1線（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“R1線”）弱電系統(tǒng)的UPS建設(shè)方案進(jìn)行探討。

1 R1線工程概況及建設(shè)原則

1.1 工程概況

R1線是濟(jì)南市第1條城市軌道交通線路，位于濟(jì)南市西部新城區(qū)，是濟(jì)南市軌道交通線網(wǎng)中貫穿西部新城南北的1條主干線。線路全長(zhǎng)26.1 km，其中高架線長(zhǎng)16.2 km，過(guò)渡段長(zhǎng)0.2 km，地下線長(zhǎng)9.7 km；共設(shè)置11座車(chē)站（其中4座地下站、7座高架站、4座換乘站）。線路還設(shè)置了池東停車(chē)場(chǎng)（遠(yuǎn)期實(shí)施）、范村車(chē)輛綜合基地，以及1座控制中心，并在池東站和演馬莊西站預(yù)留了延伸條件。R1線弱電系統(tǒng)UPS建設(shè)方案的選擇，不僅影響全線的安全運(yùn)營(yíng)，也對(duì)濟(jì)南城市軌道交通線網(wǎng)其它線路有重大影響。

1.2 建設(shè)原則

UPS系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)考慮工程實(shí)際情況及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，需遵循一定的建設(shè)原則，以保證各系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)供電的安全和可靠。具體原則為：

（1）應(yīng)符合GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)范的要求。

（2）應(yīng)有利于UPS和蓄電池品牌統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)資源共享。

（3）應(yīng)有利于供電專(zhuān)業(yè)對(duì)UPS實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一維護(hù)管理，提高系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)維護(hù)水平。

（4）應(yīng)有利于節(jié)省電源設(shè)備機(jī)房建筑面積，降低工程造價(jià)。

2 R1線UPS建設(shè)方案

2.1 供電方式

UPS供電方式主要有UPS分散供電和UPS綜合供電兩種。

2.1.1 UPS分散供電

UPS分散供電方式，即各弱電系統(tǒng)交流負(fù)載單獨(dú)配置1臺(tái)小容量UPS作為應(yīng)急電源提供供電保護(hù)，是最常見(jiàn)和最基本的工作方式，其可靠性較差。UPS分散供電示意圖如圖1所示。

圖1 UPS分散供電方式示意圖

2.1.2 UPS綜合供電

隨著大容量UPS系統(tǒng)及其先進(jìn)控制技術(shù)的成熟，弱電系統(tǒng)采用UPS綜合供電方式的城市軌道交通線路逐漸增多。UPS綜合供電方式是對(duì)部分弱電系統(tǒng)進(jìn)行UPS整合，采用大容量UPS統(tǒng)一供電，提高了供電系統(tǒng)的可靠性。2015年9月底，對(duì)國(guó)內(nèi)17個(gè)城市49條線路（含延長(zhǎng)線，不含有軌電車(chē)和磁懸浮線）弱電系統(tǒng)UPS供電方式進(jìn)行了調(diào)研。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，2009年以前大多采用UPS分散供電方式，之后采用UPS綜合供電方式的城市顯著增多。

2.1.3 供電方式對(duì)比分析

基于UPS可靠性、節(jié)省資源、維護(hù)管理等方面的要求，UPS分散供電與綜合供電方式對(duì)比分析如表1所示。

2.2 UPS整合方案

UPS整合有利于資源共享，提高UPS系統(tǒng)的可靠性，但對(duì)整合后的UPS管理維護(hù)要求高。一旦UPS出現(xiàn)故障，影響范圍大，會(huì)引發(fā)嚴(yán)重后果，甚至出現(xiàn)信號(hào)系統(tǒng)退出等問(wèn)題。

GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：“在一級(jí)負(fù)荷中，當(dāng)中斷供電將造成人員傷亡或重大設(shè)備損壞或發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負(fù)荷，以及特別重要場(chǎng)所的不允許中斷供電的負(fù)荷，應(yīng)視為一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷?！?/p>

GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：“一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，并嚴(yán)禁其它負(fù)荷接入。”由于一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷在中斷供電時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生人身傷亡及危害行車(chē)安全，造成重大事故，或造成重要設(shè)備損壞，影響范圍大；而一級(jí)負(fù)荷中斷供電時(shí)，將會(huì)造成人身傷害，或重大經(jīng)濟(jì)損失，影響面較小。因此，一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷嚴(yán)禁與一級(jí)負(fù)荷整合。

在一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷中，F(xiàn)AS設(shè)備需要DC 24 V供電，且須就地設(shè)置24 V蓄電池；而且FAS屬于消防系統(tǒng)，由公安消防驗(yàn)收，故FAS應(yīng)設(shè)專(zhuān)用的UPS，不適用于UPS綜合供電。其他一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷（專(zhuān)用通信系統(tǒng)設(shè)備、信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備、BAS設(shè)備等）可以進(jìn)行整合，采用UPS綜合供電方式。

表1 UPS不同供電方式對(duì)比分析表

一級(jí)負(fù)荷中的PSCADA設(shè)備由于位于強(qiáng)電機(jī)房?jī)?nèi)且距離其它設(shè)備機(jī)房較遠(yuǎn)，不納入整合方案。因此一級(jí)負(fù)荷中的ISCS設(shè)備、ACS設(shè)備、AFC設(shè)備、OA（協(xié)同辦公）設(shè)備，與二級(jí)負(fù)荷PIS設(shè)備，可以進(jìn)行整合，采用UPS綜合供電方式。

綜上分析，城市軌道交通弱電系統(tǒng)各專(zhuān)業(yè)能否整合采用UPS綜合供電方式的統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 不同專(zhuān)業(yè)負(fù)荷整合可行性統(tǒng)計(jì)

根據(jù)弱電系統(tǒng)整合范圍的不同，UPS整合方案有3個(gè)。

（1）方案一：一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷（專(zhuān)用通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、BAS）進(jìn)行整合，采用UPS綜合供電方式。其中BAS設(shè)備按照GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，應(yīng)獨(dú)立設(shè)置或與專(zhuān)用通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)共用UPS。目前在我國(guó)BAS大多與一級(jí)負(fù)荷中的ISCS共用 1套 UPS。按照 GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，一級(jí)負(fù)荷OA與二級(jí)負(fù)荷PIS可獨(dú)立設(shè)置，或與除一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷之外的其它負(fù)荷整合后共用UPS。目前，在我國(guó)OA及PIS基本與專(zhuān)用通信系統(tǒng)共用1套UPS。

（2）方案二：一級(jí)負(fù)荷與二級(jí)負(fù)荷中的PIS整合，一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷不整合。

（3）方案三：分散供電。（并非整合，不應(yīng)屬于整合方案）

截至2015年9月底，國(guó)內(nèi)49條采用UPS綜合供電方式的城市軌道交通線路弱電系統(tǒng)整合情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 國(guó)內(nèi)采用UPS綜合供電方式的線路情況統(tǒng)計(jì)表

考慮到R1線為濟(jì)南城市軌道交通第1條線路，且目前國(guó)內(nèi)將信號(hào)系統(tǒng)納入U(xiǎn)PS整合的應(yīng)用案例較少，因此，R1線計(jì)劃采用方案二：ISCS、ACS、AFC、OA與PIS整合，共用1套UPS；一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷不整合，采用UPS分散供電方式；BAS獨(dú)立設(shè)置UPS，其設(shè)備與電源設(shè)置在ISCS設(shè)備機(jī)房。

2.3 負(fù)荷整合后的UPS綜合供電方案

UPS綜合供電方案主要有UPS雙機(jī)串聯(lián)熱備供電及雙機(jī)并聯(lián)冗余供電方案。二者對(duì)比分析見(jiàn)表4。

表4 UPS綜合供電主要方案對(duì)比分析表

UPS雙機(jī)并聯(lián)冗余供電方案是城市軌道交通行業(yè)中的主流配置方式，技術(shù)較為成熟。故R1線弱電系統(tǒng)UPS整合方案初步確定采用雙機(jī)并聯(lián)冗余供電方式。一般雙機(jī)并聯(lián)冗余供電方案系統(tǒng)示意圖如圖2所示。R1線的UPS雙機(jī)并聯(lián)冗余供電系統(tǒng)圖如圖3所示。

圖2 一般UPS雙機(jī)并聯(lián)冗余供電系統(tǒng)示意圖

2.4 整合方案效果分析

2.4.1 UPS容量及造價(jià)

經(jīng)計(jì)算，R1 線的 ISCS、ACS、AFC、OA 與 PIS整合的UPS容量為80 kVA。1臺(tái)主用UPS及1臺(tái)備用UPS的總價(jià)為70萬(wàn)元。采用分散供電時(shí)的UPS容量及造價(jià)如表5所示。由表5可得，采用分散供電方案時(shí)，這5個(gè)專(zhuān)業(yè)的子系統(tǒng)需要4個(gè)UPS（ISCS與ACS常共用1個(gè)UPS），總價(jià)為76萬(wàn)元。可見(jiàn)UPS整合后的綜合供電方案造價(jià)相對(duì)較低。

2.4.2 機(jī)房建筑面積

R1線共11個(gè)車(chē)站，其中有6個(gè)信號(hào)設(shè)備集中站，5個(gè)信號(hào)設(shè)備非集中站。按采用不同供電方式，以前大彥站及池東站為例，對(duì)非集中站及集中站機(jī)房的建筑面積分析如表6～7所示。

R1線原來(lái)采用分散供電方式?，F(xiàn)在即便采用了UPS整合方案，部分機(jī)房建筑位置也無(wú)法更改。由于R1方案只整合了部分一級(jí)負(fù)荷及PIS，未整合一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，因此機(jī)房建筑面積有所增加?，F(xiàn)通過(guò)優(yōu)化布局站廳層和站臺(tái)層的房間，使單個(gè)車(chē)站的總建筑面積未增加。

圖3 R1線的UPS雙機(jī)并聯(lián)冗余供電系統(tǒng)圖

表5 R1線分散供電時(shí)的UPS容量及造價(jià)

3 結(jié)語(yǔ)

R1線將部分弱電系統(tǒng)進(jìn)行UPS整合，采用部分綜合供電方式。這既符合GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，也提高了供電的安全性和可靠性。而且一旦UPS出現(xiàn)故障，其影響范圍也小于完全采用UPS綜合供電的方案。

表6 信號(hào)非集中站（前大彥站）機(jī)房建筑面積對(duì)比分析表

表7 信號(hào)集中站（池東站）機(jī)房建筑面積對(duì)比分析表

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市軌道交通的規(guī)模建設(shè)，為了建設(shè)功能適當(dāng)、經(jīng)濟(jì)合理的軌道交通，在執(zhí)行GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的基礎(chǔ)上，提出了濟(jì)南軌道交通R1線弱電系統(tǒng)UPS建設(shè)方案，將一級(jí)負(fù)荷中的ISCS、ACS、AFC、OA設(shè)備與二級(jí)負(fù)荷中的PIS設(shè)備采用UPS雙機(jī)并聯(lián)冗余供電。該UPS建設(shè)方案在國(guó)內(nèi)其它城市尚無(wú)應(yīng)用案例，希望能對(duì)國(guó)內(nèi)城市軌道交通的建設(shè)提供積極的參考意義。

［1］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50157—2013［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

［2］ 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50052—2009［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009：3.

［3］ 程強(qiáng).淺析整合UPS在地鐵車(chē)站中的應(yīng)用［J］.機(jī)電工程技術(shù).2012（7），146.

［4］ 盛蓉蓉.UPS整合在城市軌道交通中的應(yīng)用［J］.世界軌道交通.2009（2），48.

［5］ 胡倩.城市軌道交通車(chē)站弱電系統(tǒng)電源整合方案研究［J］.鐵道勘測(cè)與設(shè)計(jì).2009（5），39.

Construction of Weak Electricity System UPS for Ji'nan Rail Transit R1 Line

WANG Guofu，ZHANG Lifeng，LIU Haidong

The current engineering of Ji'nan rail transit R1 Line and the construction principle are introduced，the weak electricity system UPS is specially described with a comparison between thepowersupply system and the integration with UPS.By adopting UPS，ISCS(integrated supervisory control system)，ACS(access control system)，AFC(automatic fare collection)，OA (office automation)and PIS(passenger information system)could all be integrated.The capacity and cost of UPS after integration for R1 Line and the computer room area are calculated，itshows thatthe construction of weak electricity system UPS can improve the security and stability of R1 Line.

rail transit；uninterrupted power system（UPS）；weak electricity system； decentralized power supply；integrated system power supply

First-author′s address Jinan Rail Transit Group Co.，Ltd.，250101，Jinan，china

U231.8

10.16037/j.1007-869x.2017.12.028

2016-04-11）