添加储能设备对地铁监控系统性能的提升

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摘  要：鉴于地铁设备监控系统性能对地铁运行的重要意义，探讨了储能设备对改善控制系统性能的重要作用。通过简单概述监控设备系统不稳定的现状，并对控制网不稳定的性能进行三方面的原因分析，最后针对现状提出了改善措施，并对不同的改善措施的实施效果进行了综合效益分析。

关键词：储能设备；系统性能；供电现状；设备监控系统   引言       随着城市交通的快速发展，地铁的建设也进入一个高速发展期。地铁凭借其高速、舒适、安全、运量大等运输特点，成为国内近几年各大城市首选的一种交通运输工具，极大地缓解了大城市的交通压力。地铁运行最主要的任务是运输乘客，方便人们出行，因此，保证乘客安全及地铁运行的安全性是首要考虑的问题。       作为地铁运行的核心部分地铁设备监控系统关系着地铁的正常运行，其安全性和可靠性对地铁安全运行尤其重要。因此，研究如何改善控制系统的性能对于地铁安全、高效的运行具有重要的意义。本文主要探讨了添加储能设备对改善控制系统性能的重要作用以及可实施性。   1 EMCS电源供电现状       地铁设备监控系统是地铁运行中重要的机电设备系统之一，集最新的科技通讯、自动化控制、微机保护等为一体的远程在线监控系统，以实现高度连续、稳定的电力供应，实时的电网设备监控和优化的环控设备管理。作为地铁运行的核心部分，现状还不容乐观，地铁设备监控系统的电源供电现状主要存在以下几个方面的问题：（1）电源无独立性；（2）UPS容量不足；（3）供电安全级别较低；（4）系统运行的稳定性、可靠性和安全性没有根本性的保障。       目前，深圳地铁罗宝线一期车站EMCS系统设备中，除几个主控箱柜有自己的独立供电电源外，大部分箱柜无独立供电电源。假如城市广场主变电源在进行维修切换操作时，切换过程中会有0.1S的瞬时中断，导致车站内EMCS 系统无独立供电电源的控制箱柜会出现短暂中断而上报控制网A/B网故障，进而影响到车站机电设备不可远控。经过多次故障排查，故障原因主要有：（1）箱柜数量多，地理位置分散；（2）网络模块参数丢失，需要模块全部重启并重设参数；（3）断电冲击对控制网设备造成的影响具有不可预知性。       总体上看，由于EMCS系统箱柜电源不独立、不统一，当电源切换时，控制网通讯模块因电源瞬时波动，引起控制网故障。   2控制网不稳定原因分析 2.1大部分箱柜无UPS后备电源       UPS后备电源不足是造成控制网不稳定的原因之一。如，故障发生后，检查得知上述故障点车站EMCS系统箱柜中，只有安装有处理器的控制柜配有UPS供电电源，其他输入、输出模块控制箱柜没有UPS供电，箱柜安装也比较分散，安装的UPS容量仅为2～3KVA，后备电源明显不足，因此故障发生后不能保证控制网正常的功能运行，应急模式也可能无法启动，引发更大的安全隐患问题。 2.2电源接口混乱易受其他专业影响       由于电源接口混乱，受到其他专业的影响而导致供电故障，从而引起控制网不稳定。更严重的情况是，当大功率设备启动时，电源电压异常波动和峰涌冲击电流会损坏EMCS的精密电子部件，引起控制网节点故障或者瘫痪。 2.3系统抗干扰能力不足       由于系统没有足够的电源电压，造成EMCS网络通讯故障。我们知道，网络通讯是地铁控制系统在线监测、诊断、自我管理的数据来源，由于电源电压的问题而致使控制系统性能减弱，这严重影响到监控系统的正常运作。      总之，故障分析结果表明控制网不稳定的原因可用一句话概括，即电源供给不足或不稳定引起控制网 故障或瘫痪。   3改善措施分析       地铁设备监控系统是地铁运行中非常重要的一个组成部分，是整个地铁正常运行的有力保障。针对控制网不稳定的三方面的原因，为保持环控设备的稳定性与可靠性，提出以下改善措施。 3.1增加UPS后备电源       UPS是一种电源保护设备，含有储能装置，当市电正常输入时，UPS能把能量储存在电池中，当出现输电辅助时，UPS机内电池维持正常供电工作并保护负载。后备电源不足常常导致系统无法应对突发的电力状况，不能保证供电正常。针对EMCS电源供电中UPS容量不足的现状，建议增加UPS后备电源，这样能够保证系统安全可靠地处理断电、短路、过载等电力状况，也能够为负载提供全方位的保护。但这一措施因车站箱柜多且比较分散，故实施起来成本高。 3.2统一集中供电       针对电源接口混乱，易受其他专业影响的现状，建议重新整合电源，统一集中供电。采用集中管理的模式避免互相之间的影响，从而改变现有的供电弊端。但这一措施实施起来较为困难，耗时、耗力，因此应慎重选择。 3.3增加电源储能装置       电源储能装置具有以下特性：（1）电阻小，功率高；（2）充放电循环寿命长；（3）充电时间短，储存寿命长；（4）由几个模块组成，可靠性高，需要的维护工作少。电源储能装置是一种电化学元件，不会造成环境污染，且功率密度高，模式简单。因此，储能装置可以称为不断电的系统UPS，作为系统因上级电源短暂中断而提供可靠的后备电源。       按照当前业务所需的规模适当地增加电源储能装置的数量，一方面能够改善目前的供电现状，另一方面当业务发展时，整个系统方便进行扩充，避免需求量加大引起安全隐患。力求利用有限的资源满足更多用户的需求，适应社会对地铁系统运行大容量、高速度、安全性要求日益增高的形势，减轻我国的交通负担。   4添加储能设备的综合效益分析       针对以上原因及措施进行综合效益分析如下：对增加UPS后备电源和统一集中供电进行EMCS电源整改，工程实施难度大，且造价昂贵，单个车站至少需要35万元。而就添加电源储能装置这一措施来看，会展中心站有31个控制箱柜，除去7个带CPU的控制箱柜有UPS电源，有24个控制箱柜需要安装电源储能装置，这些箱柜添加电源储能装置的总体造价只需要2,760元，显而易见，添加箱柜电源储能装置能够有效降低整改成本，节省了人力、物力、财力。此外，添加储能设备之后，实施效果表明电源切换引起报A、B网的次数由原来的3～4次降为0次。       总而言之，通过添加储能设备改善控制系统性能的综合效益体现在以下几方面：（1）节省了人力、物力和财力；（2）降低了整改成本；（3）降低了故障率；（4）缩短设备自愈时间，总体上达到了保持环控设备的稳定性与可靠性的目的。 　　　 5结论与展望       综上所述，地铁控制系统的性能研究在整个地铁安全运行、保护设备等方面都具有重大意义，但引起控制系统性能较差的因素复杂，改善措施多样。本文针对一个具体的案例对影响地铁控制系统性能的原因及改善措施进行了探讨，最后通过论证分析及实施效果验证，得出添加储能设备是改善控制系统性能的一条简便快捷、省时省力的措施。当然，要构建科学的、合理的、系统的地铁控制系统还有待未来进一步研究，总之，只要我们正视地铁设备监控系统中出现的各种问题，要保证地铁设备监控系统在地铁运行中发挥应有的作用。