广州地铁三号线屏蔽门控制UPS系统加装论文_陈智鹏

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一、系统简介

UPS系统，即为不间断电源系统，是一种含有储能装置、以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。三号线二期工程加装后每站有3个控制UPS功率模块（体育西路站6个），共18个站，57个控制UPS功率模块。但自加装工程完成以来，控制UPS系统故障频发。

图1 三号线屏蔽门控制UPS系统主机及其功率模块

三号线屏蔽门控制UPS系统使用马来西亚PK的US9001系列UPS模块，采用模块化N+1的冗余备份功能。系统中的所有模块均是并联工作的，负载平均分配在每个模块上，每个模块拥有自己的一组元器件并独立工作，每组元器件只需承担整个负载容量的一部分，如果其中一个器件出现故障，也只影响这个模块，而系统中的其它模块将继续工作。一旦其中一个模块故障或被移走，剩下的模块将继续工作并立即自动地平均分担负载。各个模块通过通讯板相连。每个模块有3块7AH、12V的蓄电池提供内部电源，电池组装入模块内部里。

为保证UPS不间断供电，控制UPS系统能够进行在线式维修，并且在维修过程中不会对屏蔽门系统的正常运作做出影响。为此，控制UPS系统具有旁路功能，设置内置式自动旁路及内置式维修旁路开关。

整个控制UPS主机与一组共50个8.5AH、12V的蓄电池连接，当市电失电或电压波动超UPS限定范围时，转由电池组供电，直到市电恢复正常。电池组耗完容量后会自动跳到市电回路供电。

二、工作原理

三号线屏蔽门UPS系统工作原理如下：当市电正常供电时，市电通过变压后向控制UPS系统供电，经UPS系统整流稳压后，向上、下行屏蔽门控制回路电源模块供电，而上、下行屏蔽门控制回路电源模块分别给上、下行110V直流电源模块、MMS监控主机供电。而110V直流电源模块再分别向下面4组控制回路（屏蔽门自动模式、安全回路、PSL模式、IBP指令回路）供电。

图2 三号线屏蔽门控制UPS系统原理图

市电向UPS系统供电的同时，还通过充电机向与控制UPS主机连接的蓄电池组充电。系统具有对蓄电池限流充电、过放电保护等功能。当市电失电或电压波动超UPS限定范围时，转由电池组供电，直到市电恢复正常。

三、存在问题

虽然三号线屏蔽门控制UPS系统具有整流稳压、不间断供电等优点，但仍存在一定问题。仅今年以来，三号线共发生3起因控制UPS系统故障导致屏蔽门出现无法联动列车开关门的故障，严重影响日常运营。

①控制UPS系统内置自动旁路功能，可以在UPS模块故障时自动切换至旁路，由市电或蓄电池组向系统供电。但当控制UPS主机故障时，由于旁路功能内置于主机内，主机故障死机时导致系统无法切换至旁路功能，使得屏蔽门控制回路市电，造成故障影响进一步加剧。

②当市电电压不稳时，容易导致控制UPS系统的输入总开关误跳闸，此时虽然可切换至蓄电池供电，且恢复简单，影响不大，但当蓄电池电能耗尽，或者同时多站误跳闸或一段时间内数次误跳闸，将对屏蔽门系统正常运作带来严重隐患，同时亦给维修人员带来极大的工作压力。

由于控制UPS系统是屏蔽门系统的重要组成部分，UPS系统出现故障将直接影响屏蔽门正常运作，我部经过对上述问题的讨论分析，研究了整改方案。

四、改进方案

由于三号线现有的控制UPS系统自带的旁路装置无法在系统完全死机的情况下转至市电输入，无法满足实际生产所需。针对上述三号线屏蔽门控制UPS系统存在问题，我部对其系统的工作原理进行分析，设计了在控制UPS系统完全死机或无法输出的情况下转至市电输入的自动旁路系统。如下图所示：

图3 三号线屏蔽门控制UPS系统加装自动旁路装置原理图

该装置能在控制UPS系统死机无输出的情况下，自动转为市电供电。控制UPS系统正常情况下，KA和KM1继电器得电，KM2失电，KM1常开触点闭合，KM2常开触点打开，屏蔽门控制回路由控制UPS系统供电；当控制UPS系统故障导致无输出时，KA和KM1继电器失电，此时KM2得电，KM1常开触点打开，KM2常开触点闭合，屏蔽门控制回路转为市电直接供电。现场安装效果如下：

图4 市桥站加装后的屏蔽门控制UPS系统自动旁路装置

该装置具有以下优点：

①自动旁路功能主要由接触器实现，切换时间短，当控制UPS系统故障时能快速切换至旁路，由市电输入，保证屏蔽门系统稳定供电。

②自动旁路装置使用材料简单，成本较低，安装简单。整个装置与原系统仅有6点相连，可在白天完成装置接线，待晚上运营结束后在控制UPS系统上接线安装，安装需时短，不影响翌日运营。

③自动旁路装置工作原理简单，方便理解，可通过观察KA接触器是否亮灯即可判断控制UPS系统是否旁路至市电输入，方便日常检修。

不足之处及改进措施：

虽通过上述方案，使控制UPS系统故障得以控制，并大大减少控制UPS系统故障对运营的影响，但由于加装的自动旁路装置采用的接触点及硬线连接的结构，切换时间较长（>100ms），使得屏蔽门系统控制回路供电会有一瞬间中断。存在引发下级控制回路故障的可能性。

目前我部正与UPS电源厂家协商，探讨三号线屏蔽门UPS系统改造的可能性，其中讨论了将UPS系统自动旁路装置改为STS静态转换开关，所有切换都是快速的完成（<8ms），主备电源之间不会产生冲击电流，保证屏蔽门控制系统电源稳定输入。

五、总结

针对三号线屏蔽门控制UPS系统旁路功能问题，我部设计并实现了自动旁路功能装置，使得在控制UPS系统故障无输出的情况下，自动切换至市电输入，保证了三号线屏蔽门控制系统电源的稳定输入。

论文作者:陈智鹏

论文发表刊物:《基层建设》2015年6期

论文发表时间:2016/9/1

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