冗余设计在地铁UPS设备可靠性中的重要性

摘要:本文结合UPS设备在南京地铁的应用，分析了UPS可能的失效模式及后果，阐述了UPS设备内部的控制模块冗余、辅助电源冗余、风扇冗余及通信总线冗余等对UPS设备可靠性的重要影响，提出了通过冗余系统设计来提高地铁UPS供电系统可靠性的途径。

关键词：地铁UPSUPS设备可靠性冗余设计

中图分类号： S611文献标识码：A 文章编号：

一、前言

通信、信号、供电等系统在地铁的正常运营中起着重要作用，为了保证这些系统在主供电电源断电、过欠电压、电压尖峰、电压浪涌、谐波失真、频率漂移及噪声干扰等各种恶劣供电环境下仍能可靠正常地工作，通常在地铁建设中为这些系统设置了独立的UPS电源系统来实现可靠安全的供电。

近年来，在外部供电完全正常的情况下，由于UPS自身内部部件的故障，导致这些系统供电中断或酿成重大安全事故的事件却时有发生。为此，本文结合南京地铁UPS在使用中的经验与实践，对UPS内部组成部件可能存在的失效模式进行探讨，提出在地铁UPS设备的应用中考虑内部关键部件冗余设计的重要性。

二、地铁通信信号供电系统中UPS的作用

UPS设备在地铁通信、信号电源系统中的原理如图（1）所示。

图（1）地铁通信信号供电系统原理图

这里，交流切换配电柜将交流电源进行自动或手动切换并为交流用电负载配电，UPS电源将来自交流切换配电柜的交流电经过内部变换，使其成为纯净、无瞬变、不间断的交流电源向通信信号负载供电。

三、UPS基本组成及可能的失效模式

UPS设备由整流器、逆变器、旁路、电池及其控制系统等部件组成，其工作原理可简述如下：系统正常时，UPS将来自主供电源的380/220V交流电经过整流器变换成直流，一方面给蓄电池充电，另一方面通过逆变器将直流再变换成交流向设备系统供电；在主供电源中断时，关闭整流器，将储存在蓄电池中的直流电能通过逆变器变换成交流电，维持主供电源停电时设备的不间断供电。如果UPS自身故障，理论上来说，应该由旁路将主供电源不经任何变换直接输送到UPS的输出端，维持正常的应用子系统供电，但实际上存在切换失败导致输出供电中断的可能风险始终存在；退一步说，即使切换成功，在市电供电下的地铁应用子系统仍然存在极大的安全供电隐患，因为电网的任何扰动，可能都会对设备系统带来系统中断的严重事故。

UPS内部的故障主要由UPS内部部件的失效引起，这些部件失效可能造成的故障可分析如下：