在城市軌道交通飛速發(fā)展的當(dāng)下，其作為城市交通的核心動(dòng)脈，肩負(fù)著每日輸送大量乘客的重任。以鄭州地鐵 1 號(hào)線為例，這條貫穿城市東西的線路，日均客流量約 43.6 萬(wàn)人次，如此龐大的客流量，對(duì)軌道交通各系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提出了極高要求。其中，電力供應(yīng)的穩(wěn)定性關(guān)乎整個(gè)軌道交通系統(tǒng)的安全與效率，而不間斷電源(UPS)整合在城市軌道交通中扮演著舉足輕重的角色。

一、UPS 在城市軌道交通中的重要性

城市軌道交通外部供電系統(tǒng)雖有諸多保障措施，如由電力系統(tǒng)的區(qū)域變電站或城市降壓變電所降壓后，通過(guò)多回路配電線向牽引變電所供電，并構(gòu)成環(huán)形電力網(wǎng)絡(luò)，甚至在部分情況下設(shè)立自備發(fā)電廠作為備用電源，但仍難以完全避免電力故障的發(fā)生。此時(shí)，UPS 作為最后的電力保障防線，其重要性不言而喻。

UPS 能夠在市電中斷的瞬間，無(wú)縫切換至電池供電模式，確保關(guān)鍵設(shè)備持續(xù)運(yùn)行。在信號(hào)系統(tǒng)中，信號(hào)設(shè)備對(duì)電力穩(wěn)定性要求極高，一旦停電，哪怕是短暫的瞬間，都可能導(dǎo)致信號(hào)混亂，危及行車安全。UPS 的存在可以保證信號(hào)系統(tǒng)在市電故障時(shí)繼續(xù)正常工作，維持信號(hào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，為列車的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。通信系統(tǒng)同樣依賴 UPS 保障電力供應(yīng)。軌道交通中的通信系統(tǒng)承擔(dān)著列車與控制中心、列車與列車之間的信息傳輸任務(wù)，包括語(yǔ)音通信、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取Ｈ敉ㄐ畔到y(tǒng)因停電而中斷，將導(dǎo)致整個(gè)軌道交通網(wǎng)絡(luò)的信息交互受阻，運(yùn)營(yíng)陷入混亂。UPS 為通信系統(tǒng)提供穩(wěn)定電力，確保信息的實(shí)時(shí)傳遞，使列車運(yùn)行調(diào)度得以順利進(jìn)行。

二、UPS 在不同系統(tǒng)中的應(yīng)用

信號(hào)系統(tǒng)：信號(hào)系統(tǒng)是城市軌道交通的 “神經(jīng)中樞”，指揮著列車的運(yùn)行。在鄭州地鐵 1 號(hào)線改造前，采用的是單 UPS 單母線架構(gòu)，UPS 和交流負(fù)載母線沒(méi)有冗余，一旦 UPS 故障或市電中斷，信號(hào)系統(tǒng)斷電后恢復(fù)處理流程復(fù)雜、用時(shí)較長(zhǎng)、影響較大。為提升系統(tǒng)可用性，鄭州地鐵開(kāi)展了 1 號(hào)線信號(hào)系統(tǒng)電源雙 UPS 雙母線改造項(xiàng)目。雙 UPS 雙母線架構(gòu)下，兩個(gè) UPS 同時(shí)為負(fù)載供電，當(dāng)其中一個(gè) UPS 出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè) UPS 可立即承擔(dān)全部負(fù)載，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。這種架構(gòu)最大限度避免了設(shè)備偶發(fā)故障對(duì)運(yùn)營(yíng)造成的影響，保障了信號(hào)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而確保了市民出行的安全與效率。

通信系統(tǒng)：在軌道交通的通信系統(tǒng)中，UPS 為各類通信設(shè)備，如無(wú)線通信基站、有線通信交換機(jī)等提供穩(wěn)定電力。以某城市地鐵為例，其通信系統(tǒng)使用的 UPS 具備智能電池管理功能，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電池狀態(tài)，避免電池因?yàn)殚L(zhǎng)期浮充帶來(lái)的老化問(wèn)題，有效延長(zhǎng)電池使用壽命。同時(shí)，通過(guò)電源狀態(tài)檢測(cè)，可預(yù)知潛在風(fēng)險(xiǎn)并預(yù)報(bào)警，降低了維護(hù)的人工依賴程度及復(fù)雜度。在市電中斷時(shí)，UPS 能夠持續(xù)為通信設(shè)備供電，保證列車與控制中心、乘客信息系統(tǒng)等之間的通信暢通，為應(yīng)急處置和乘客服務(wù)提供支持。

監(jiān)控系統(tǒng)：城市軌道交通中的監(jiān)控系統(tǒng)分布廣泛，涵蓋車站、隧道、車輛段等區(qū)域，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、客流情況以及保障安全。UPS 為監(jiān)控系統(tǒng)的攝像機(jī)、服務(wù)器等設(shè)備提供備用電源。在一些地鐵站，監(jiān)控系統(tǒng)采用的 UPS 配備了具有美國(guó)防火標(biāo)準(zhǔn) UL 94 及濾塵網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) UL 900 的可拆換、易清潔防塵網(wǎng)，避免灰塵沿冷卻通道進(jìn)入電路板，減少設(shè)備內(nèi)部積塵。這在地鐵運(yùn)營(yíng)環(huán)境中尤為重要，因?yàn)檐囌緳C(jī)房?jī)?nèi)灰塵(鐵粉)較多，灰塵顆粒復(fù)雜，含金屬顆粒、導(dǎo)電粉塵等，容易影響設(shè)備正常運(yùn)行。UPS 不僅保證了監(jiān)控設(shè)備在停電時(shí)的持續(xù)運(yùn)行，還通過(guò)良好的防護(hù)設(shè)計(jì)，提高了自身在惡劣環(huán)境下的可靠性，確保監(jiān)控系統(tǒng)始終處于工作狀態(tài)，為軌道交通的安全管理提供保障。

三、UPS 應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)措施

城市軌道交通子系統(tǒng)繁多，管理難度大，這對(duì) UPS 系統(tǒng)提出了一致性強(qiáng)、管理簡(jiǎn)潔便利的要求。不同子系統(tǒng)對(duì) UPS 的功率需求、后備時(shí)間要求等各不相同，且設(shè)備分布相對(duì)分散，各個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)不盡相同。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，一方面，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上，部分品牌的 UPS 采用內(nèi)模塊化設(shè)計(jì)理念，真正實(shí)現(xiàn)按功能分區(qū)和維護(hù)，大大縮短了維護(hù)時(shí)間。例如山特軌交版 CASTLE 3C3 Pro ISO 系列 UPS，通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，方便運(yùn)維人員對(duì)不同功能模塊進(jìn)行單獨(dú)維護(hù)和更換。另一方面，配備豐富的通訊接口及配件，借助通訊擴(kuò)展槽可接入軌道交通站點(diǎn)集中監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全方位監(jiān)控和智能集中管理。運(yùn)維管理人員能夠?qū)崟r(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行狀況，對(duì) UPS 系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度，提高管理效率。

此外，軌道交通行業(yè)設(shè)備的供電形式多采用并機(jī)架構(gòu)，需要可靠的并機(jī)技術(shù)。一些 UPS 采用 N+1 冗余并機(jī)技術(shù)，提升了電力系統(tǒng)可靠性。在關(guān)鍵元器件的選型上，采用最新技術(shù)，如在 IGBT 模塊、電感材料等方面，減少 UPS 自身?yè)p耗，并提高其效率和可靠性。針對(duì)軌交行業(yè)惡劣的運(yùn)行環(huán)境，部分 UPS 對(duì)控制板、接口板、電源板、功率板等 PCBA 全面噴涂三防漆，提升產(chǎn)品的防鹽霧防腐蝕能力。

UPS 整合在城市軌道交通中，從保障信號(hào)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等關(guān)鍵系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，到應(yīng)對(duì)復(fù)雜的應(yīng)用挑戰(zhàn)，都發(fā)揮著不可替代的作用。隨著城市軌道交通的持續(xù)發(fā)展，對(duì) UPS 的性能和可靠性要求將不斷提高，相關(guān)技術(shù)也將持續(xù)創(chuàng)新，為城市軌道交通的安全、高效運(yùn)營(yíng)提供更堅(jiān)實(shí)的電力保障。