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浅谈地铁弱电系统集中UPS设计论文

1、引言

早期地铁弱电系统主要有通信系统、信号系统，随着近年来计算机技术、网络技术的发展以及乘客对地铁服务水平需求的提高，地铁弱电系统的范围越来越广，目前主要有通信系统、信号系统、自动售检票系统(AFC)、综合监控系统(ISCS)、综合安防系统(ISDS，含门禁)、乘客资讯系统(PIS)等，这些系统供电负荷等级均为一级或二级负荷，需要通过UPS供电，以便在市电掉电时进行紧急操作。因为各系统计算对供电容量要求时都比较保守，如果按照传统设计方法每个系统都自设UPS，那么总的用电容量将会很大，导致电力专业做供电设计时对设备容量计算不准确，设计值过大，不但造成投资和电能的浪费，给电网造成较大的压力，而且UPS的效率也会很低。另外过多的UPS涉及的规格型号过多、过乱，给运营维护管理带来很大不便，所以对地铁车站的弱电UPS进行整合势在必行。

2、各系统UPS整合可行性分析

地铁中弱电系统众多，而且运营管理部门分散，所以在进行UPS整合设计时应根据系统的运营管理模式、系统的安全性及可维护性对各系统进行分析，以确定合理的整合范围。

地铁通信系统主要由专用通信系统、公众通信系统及警用通信系统构成。其中专用通信系统归地铁运营管理;公众通信系统中的传输子系统由地铁建设方投资建设，运营商租用;警用通信系统由地铁建设方代建，建成后交付公安部门运营管理。因此在UPS整合设计时，考虑到运营管理的部门不一致，建议将专用通信系统以及公众通信系统中的传输子系统纳入集中UPS的供电范围，其它设备所需UPS由各运营方设置并单独管理。

信号系统设备主要由计算机、网络设备、控制设备以及信号机、转辙机等组成，其中车载设备由车辆负责供电，转辙机用电可不纳入UPS系统。由于信号系统涉及行车安全，虽然可纳入集中UPS供电范围，但在具体设计时需与信号专业协商供电的范围及方式。

综合监控系统(含FAS、BAS、SCADA)是地铁弱电系统的信息共享平台，除SCADA子系统涉及供电电系统外，其它系统设备均可纳入集中UPS供电范围。

自动售检票系统、乘客资讯系统、综合安防系统主要由计算机、网络设备、存储设备及闸机、售票机、充值机、各种显示屏、摄像头、编码器、解码器、监视器等终端设备组成，这些系统以IT设备为主，在弱电集中UPS设计时应根据不同类型设备的特点计算所需UPS的容量和备用时间。

综上所述，弱电系统的负载类型基本一致，在技术上均可以纳入集中UPS统一供电，在实际设计中可根据不同地方的运营维护模式和安全性要求进行UPS整合。

3、地铁弱电系统用电分析

在《地铁设计规范》(GB50157-2003)中，地铁各弱电系统用电负荷等级及蓄电池备用时间不尽相同，例如通信系统、信号系统、FAS系统按一级负荷供电，而AFC系统要求供电负荷不低于二级，通信系统备用时间为4小时、FAS系统为1小时，信号系统备用时间为30分钟，AFC系统对备用时间无具体要求。另外，综合监控系统、乘客资讯系统、综合安防系统是近几年才发展起来的，在《地铁设计规范》中没有具体条文规定用电要求。因此在进行弱电集中UPS设计时要统一各系统的负荷等级，按照一级负荷设计，蓄电池备用时间可由UPS配电柜按照规范要求时长做分时切断。在设计时应对各系统的用电特点进行分析，详细计算各系统的用电负荷，表1为根据设计经验及实际工程计算得出的标准地下车站各弱电系统的用电容量：

综合监控系统的用电容量只包括车站级设备，FAS、BAS用电容量单独计算，综合监控系统的备用时间参照FAS系统备用时间。AFC、PIS的备用时间是根据工程经验确定的，闸机备用时间按完成一次操作计算。由于不同地铁线路建设方对信号系统纳入弱电集中UPS供电存在不同要求，因此如信号系统不纳入集中UPS，则UPS容量只需120KVA，信号系统非集中站容量按10KVA另外计算。通信系统容量只计算专用通信系统及公众通信系统中的传输子系统。

4、弱电集中UPS供电设计方案

通过以上分析，地铁弱电系统采用集中UPS供电是可行的，在具体设计中应根据实际工程情况进行方案设计。

在设计中应根据各系统的用电位置、容量、备用时间等因素统一设计。一般应遵循以下设计原则：

(1)针对各系统的不同备用时间，应在配电柜能对各系统用电进行分时切断。

(2)对于各系统中相对独立的子系统可分回路供电，例如通信系统中的.专用通信系统与公众通信系统。

(3)集中UPS对每个系统的供电方式为每回路三相，AC380V，各系统分别对系统设备做二次配电，负责三相负载平衡。

(4)应详细计算蓄电池的容量，确定电池及电池柜的数量。

(5)由于集中UPS的容量较大，因此UPS柜及蓄电池柜的整体重量较大，宜单独设置电源室并向结构专业提供详细的机房荷载要求。

在深圳地铁5号线弱电集中UPS设计中，信号系统对集中UPS供电方式的安全性、可靠性有疑虑，因此未将信号系统纳入，其它各弱电系统计算用电总容量为102KVA，选用容量为120KVA的在线式UPS，按一级负荷供电，在配电回路中采用时间继电器实现各系统备用时间的分时切断。另外，在配电柜预留备用回路，以便满足今后新增设备用电。在实际设计中将全线各站弱电集中UPS纳入设置在控制中心的UPS维护工作站进行统一管理，实现了对UPS的远程监控和维护。

在具体工程设计中还应注意：

(1)相关专业计算本专业用电容量时要准确，不得另加裕量;

(2)各专业计算用电量时是按照所有设备的额定负载相加计算的，在选取UPS时应根据工程经验适当折算，否则将导致UPS容量过大，效率降低;

(3)UPS在带70%额定容量负载时，效率最高，因此UPS系统容量(KVA)=用户系统容量(KVA)/。

5、结论

在地铁设置弱电集中UPS可以解决各系统分设UPS带来的运营维护管理的不便，实现了对UPS的远程监控及维护。集中UPS用电容量小于各系统分设UPS时总容量，降低了对电力的用电负荷要求，也达到了节能的目标。在地铁工程中采用弱电集中UPS供电是可行的，也是当前地铁设计的趋势。

1、数据中心(机房工程)

系统概述

数据中心是各类设备和网络系统能够稳定、安全、可靠运行的重要环境保证。充分把握“标准化机房”的设计理念，将智能化科技成果和环境艺术完美的结合起来，建设一个“绿色、环保、舒适”的现代化机房。

系统需求

职教园区共计一间园区中心机房、七间监控机房（1间园区总监控机房、6间分控机房），其中园区中心机房位于公共建筑图书楼一层，园区总监控机房位于后勤服务中心一层，其余监控机房分别分布于建设学校教学副楼一层、商贸学校行政楼一层、省航运技校办公综合楼一层、工艺美校行政办公楼一层、职教中心图书楼一层、体育馆一层。

数据中心设在公共建筑图书馆一层，职教园区共建统一的数据中心各学校共同使用，职教园进行网络资源共享、进行合理分配和统一运维管理。数据中心统一部署网络核心设备及数字化校园所需的各类服务器、存储以及互联网接入及安全设备，存储设备根据不同学校，划分不同机柜；

职教园区在后勤服务中心一层建立统一的综合监控管理中心，负责对所有园区视频监控、安防与消防报警等进行集中的监控与调度管理，各学校按照管理要求设置自己的分控中心，负责所辖区域的安全监控与值班，并接受总控中心的统一管理和调度；

数据中心、监控中心参照国家电子信息机房建设标准进行建设；数据中心按照绿色节能标准设计、配置精密空调与UPS不间断电源，电池容量按照断电后供电2小时配置。

设计原则

依据GB50174-2017《数据中心设计规范》对机房分级的要求，设计时根据机房的使用性质、管理要求及其在经济和社会中的重要性确定所属级别，职教园数据中心建设参照B类机房建设，监控中心机房参照C类机房建设。

设计内容

一层园区中心机房工程建设内容包含如下8个子系统：装饰装修系统、供配电系统、防雷接地系统、UPS不间断电源系统、精密空调及新风系统、环境监控系统、综合布线系统、消防报警与灭火系统、灾害防护系统。

监控机房建设内容包括：装饰装修系统、供配电系统、防雷接地系统、空调系统、灾害防护系统。

装饰装修系统

装修效果：舒适、明快、简洁。装修选用绿色环保以及吸音效果好、不易变色、变形、易清洁、防静电、防磁干扰、防火性能强的耐用材料。

整个机房区域的装饰装修部分主要内容包括：微孔铝板吊顶、抗静电活动地板、彩钢板墙柱面、乳胶漆顶面及墙面、玻璃隔断、门窗的设计安装等整体规划。

（1）顶面

网络机房、消防监控机房吊顶材料采用600 600 微孔铝质吊顶板，网络机房的吊顶层距地板面净高设计为，消防监控机房净高设计为3m。

天花安装前清理天棚底面、梁及墙沿上部并刷环保防尘漆进行防尘处理，精密空调制冷区域的天棚底面、梁及墙沿上部做保温层。

（2）地面

机房地面全部采用600 600 35mm抗静电全钢无边活动地板，网络机房地板铺设高为，两个监控机房地板铺设高为。

地板铺设前需对地板下楼板面进行防尘处理。使用精密空调的机房，需对地面做保温处理。配电柜、UPS主机、电池柜、精密空调、小型机设备放置区域，设计采用角钢做承重安装支架，架高与地板上表面高度一致。

机房出入口：机房出入口采用抗静电地板平铺，并做二次台阶或一次台阶处理；收口处均采用发纹不锈钢板装饰条。

通风地板：下送风精密空调区安装一定量的可调节通风地板，与机房空调送风量相配套，风口风速应不大于3m/s,机房设备就位点应留有合适的出线孔，出线孔不易过大。

（3）墙面、柱面

网络机房墙面设计采用C75型轻钢龙骨架空安装、彩钢石膏复合板饰面。龙骨间距设计为600mm，轻钢龙骨另加U38加强龙骨支撑以保证钢架强度。

两个监控机房墙面采用环保乳胶漆饰面。

踢脚线：机房区域内踢脚线采用厚不锈钢板贴面，基层采用高密度板。

（4）门、窗

各机房的入口门采用1000 2200/1500 2200mm甲级钢制防火门（本门由土建单位预留门洞），钢化玻璃门尺寸：1000*2200mm。

主机房的所有外窗户均由8mm不燃板做密闭处理。封闭前做好防水处理，窗户玻璃内侧贴不透明玻璃膜。封窗时外装饰窗户予以保留，内部密封板装饰后满足建筑外观整体美观效果。

（5）保温节能及防尘

在主机房精密空调区域的内墙面与C75轻钢龙骨之间，由楼地面至楼顶面的饰面墙内均填充20mm厚阻燃橡塑保温板做保温处理；精密空调区域的地板下在做清洁防尘处理后，在地面采用30mm厚阻燃铝箔面橡塑保温板作保温处理；在顶面及梁面采用20mm厚阻燃橡塑保温板作保温处理，保温板连接均采用专用胶带粘接。

要求本工程所选保温板具有很好的阻燃性、平整度好、保温性能强、无毒不起尘。

（6）隐蔽部分处理

对于本装饰工程中的隐蔽工程，需严格按照国家标准对隐蔽部分材料的要求进行设计施工，需采取如下措施：

1、墙体部分作防潮、防火及保温处理；

2、部分非阻燃材料必须涂刷防火涂料；

3、所有隐蔽用材必须符合机房用材性能指标，做到不起尘、阻燃、绝燃、不会产生静电、牢固耐用并无病虫害发生；

4、各种涂料须符合环保要求；

5、静电地板下的走线线槽、管路、桥架和插座应悬空地面保温层上5～8cm，不应贴地面；

6、在与机房外部相通部分做好防鼠设施。

（7）静电防护

机房内采用的抗静电活动地板是由不燃性材料制成。活动地板表面是导静电的耐磨层，严禁暴露金属部分。主机房内的导体与大地作可靠的联接，不得有对地绝缘的孤立导体。

供配电及照明系统

按照技术要求，机房供电系统分为两部分：不间断电源系统和市电系统。

UPS回路：机房UPS供电电源经UPS稳频、稳压、调整电压波形后为计算机设备、网络设备、安防设备等供电，同时也为UPS后备电池充电；当遇到市电供电线路断电时，UPS后备电池立即放电，经UPS逆变后给计算机设备不间断供电。

市电回路：插座、空调、照明、新风、排烟及其他具有电冲击性及感性和容性的设备使用，对不同相位分配均衡负载。

从总配电室各引两条专用线缆分别作为网络机房、消防监控机房的专用供电回路，此部分电缆均由强电单位安装到机房内指定位置。

（1）配电系统

依据《计算机场地通用规范》，电源参数依据计算机的性能允许的变动范围可分为A、B、C三个等级，本次主机房用电等级按A级标准进行设计。

配电系统频率：50Hz；

电压：380V/220V；

线制：三相五线制/单相三线制。

（2）配电设备

网络机房电源室设置1套市电配电柜、1台ATS切换柜、1台UPS配电柜，市电配电柜具备消防联动的脱扣功能，前门采用玻璃门，可前后开门，满足机房区域市电照明、插座、空调、等使用要求，UPS配电部分满足机房内计算机设备、网络设备的使用要求。

监控机房配置UPS设备，满足计算机设备、安防设备的供电需求。为单体楼配置UPS设备，用于管理间设备的供电需求。监控机房的市电配电箱由强电施工单位提供。

配电柜/箱均采用自动空气开关控制，设置过负荷及短路、防雷保护，主机房配电柜设有电压、电流的检测指示，并有相关的指示报警等功能，同时具有独立的零、地汇流排。

配电柜/箱中的引入引出线均编上号，表明线路的去向、功用，方便控制、设备管理及检修。

配电柜作为供配电系统的核心，是保证各设备安全、可靠运行的前提，考虑今后的扩展要求，配电柜均留出一定的备用容量。

配电柜内需有应急开关。当机房内出现严重事故或者意外火灾时，应能立刻切断空调电源等，且市电总空开能与机房消防系统联动。

（3）配电线路

机房区供电线路采用放射式配电方式，分类后直接配至各用电设备，不同类别分路控制。网络机房的电力电缆均采用线管机房顶部、地板下架空铺设，并与弱电桥架分开铺设，保持间距，避免交叉。管道采取分层架空布置互不交叉，每个回路采用独立的电管安装。

1、照明、市电维修插座线缆采用阻燃铜芯线（ZRBV）；

2、普通空调线缆采用阻燃铜芯电缆（ZRBV）；

3、计算机、网络设备机柜线缆采用阻燃铜芯电缆（ZRVVR）；

4、UPS、精密空调设备线缆采用阻燃铜芯电缆（ZRYJVR）；

5、市电动力、照明线路穿（KBG）电管暗敷或在吊顶内穿管明敷。

（4）插座安装

本工程中计算机负载配电线路按国标并留有余量。

（1）普通插座：机房市电维修插座采用10A五孔插座，市电维修插座安装在高于地板面300毫米的墙壁上。监控机房电视墙设置16A三孔插座安装在地板下，由市电供电，市电供电插座采用常规乳白色面板。

安防监控机房工作台按每工位一个16A三孔带接地插座设计，由UPS供电，UPS供电插座采用有色面板。

（2）工业连接器插座：网络机房主机房内各机柜均采用双回路UPS供电模式，主机房2路供电电源均采用3口16A工业连接器与机柜内的16A8位PDU连接，每台机柜配置2台PDU。

(5)机房照明

本工程机房市电照明灯具采用600*600mm，32W嵌入式格栅灯盘，灯管采用低色温日光型灯管。

机房采用筒灯作为备用照明。备用照明供电系统在机房市电停电情况下自动启动，由UPS系统供电，以确保应急功能。

机房设置消防应急疏散照明及安全出口指示灯，灯具均采用自带蓄电池的消防专用双头应急灯及安全出口指示灯,由市电直接供电。

不间断电源（UPS）系统

网络机房电源设计采用1台模块化UPS主机，目前输出功率为80KW，容量可扩充至160KVA，配备延时2小时的蓄电池，负责主机房内的计算机设备、网络设备等供电；总监控中心机房机房内设置1台20KVAUPS主机，配备延时2小时的蓄电池，给机房内的安防存储等设备供电，体育馆监控中心配置1台6KVAUPS主机，配备延时2小时的蓄电池，为机房及体育馆的设备供电；其他单体楼根据设备用量，按照延时2小时配置UPS主机及蓄电池，分别给各单体楼内的弱电井的安防控制设备、接入交换机等设备供电。

空调与新风系统

网络机房主机房需选用高性能恒温恒湿精密空调机组，确保机房空调系统长期24小时不间断运行，且空调器制冷能力留有15%～20%的余量以保证空调效果。通过动力及环境集中监控设备对精密空调进行监控，确保机房管理者能随时了解空调系统的工作情况。精密空调室内机的放置，应满足机房整体气流顺畅，机柜列间冷热风道气流循环方式，送风、回风无障碍，保证机房专用精密空调可靠、稳定的运行。网络主机房内配置2台精密空调，采用下送风，从而减少了距离导致的气流压力损失和冷空气的泄漏损失，结合封闭冷通道，提高冷量的利用效率。

防雷与接地系统

（1）防雷系统

本次按照三级电源防雷系统进行设计。

电源第一级防雷：在引入网络机房、总监控机房的市电输入总空开的下端分别安装一套三相电源防雷器。

电源第二级防雷：在网络机房、总监控机房UPS主机输入端分别加装一套三相电源防雷器。

电源第三级防雷：在网络机房、总监控机房UPS主机输出端分别加装一套三相/单相电源防雷器。

信号防雷：在光纤引入机房端，将光纤金属钢丝和光端盒做防雷接地。跨机房区域的电信号输入和输出端分别加装信号防雷器。

（2）接地系统

本工程采用联合接地方式。交流接地、安全保护地、直流工作接地、防雷接地、防静电接地、屏蔽接地等公用一组接地装置。机房四周用∠40 40 4mm角钢做一套抗静电保护地，将计算机设备的金属外壳、UPS金属外壳、金属地板支架、及金属框架、设施管路就近连接至该保护地，采用线径不小于6mm2，同时与机房安全工作接地、防雷地等以最短距离形成结构相连。网络机房主机房机柜下方采用30*3mm紫铜排组成等电位接地网络,安全工作接地、防雷地等以最短距离形成结构相连，并用50mm2铜芯线引至联合接地端子。

本机房的接地系统为联合接地方式，采用联合接地桩，需检测联合接地桩，接地电阻R≤1Ω，检测合格后方可使用。

综合布线系统

网络机房主机房综合布线设计分服务器、存储设备、网络设备三部分考虑。

服务器、存储设备、网络设备之间采用与同一品牌的六类布线产品。线路走向为：服务器设备→走线槽→网络机柜。

网络机房主机房共部署28台服务器机柜，配置50个24口六类配线架，每个配线架满配。

综合布线系统各列机柜采用顶部线槽走线方式至各设备终端，实施后的综合布线系统具有很强的灵活性，满足各种不同设备联网及应用的需要，所有设备的开通及更改均不需改变系统布线，只需作必要的跳线管理即可，支持目前所有数据及话音设备厂商的系统。

密闭通道系统

机柜区域采用冷热通道布置，通道两端入口安装封闭门，在通道上方安装封闭顶板，形成冷热通道区域封闭。从物理上隔离了冷热空气的混合，监控制冷浪费，从而大幅度提高制冷的效率。

动力及环境集中监控系统

系统可对机房设备进行全面管理，监视各种设备的状态及参数，并可诊断设备部件情况。更为重要的是融合了机房的管理措施及监视控制。系统主要监控内容如下：

配电监测子系统；

UPS电源监测子系统；

精密空调监测子系统；

新风机监测子系统；

漏水监测子系统；

温湿度监测子系统；

消防报警监测子系统；

视频监控子系统

门禁监控子系统

供配电设备监测

系统安装智能电量仪监测机房总市电、UPS输出配电柜、UPS列头柜的电流、电压、功率因数、三相平衡率等参数情况，安装开关状态采集模块监测配电柜主要配电开关情况。

UPS电源设备监测

在网络机房监测UPS情况。采用RS-485总线通讯方式，通过UPS厂家提供的通信协议及通讯接口对UPS进行全面系统的监测与诊断。一旦有故障发生，自动弹出报警画面，通过多媒体或电话语音报警，告之相关人员。

精密空调设备监测

在网络机房监测精密空调情况。精密空调采用RS-485总线通讯方式，通过精密空调厂家提供的通讯协议及通讯接口对空调运行状态及参数进行监控。一旦有故障发生，自动弹出报警画面，通过多媒体或电话语音报警，告之相关人员。

新风系统监测

在网络机房监测新风机工作状况，用控制模块控制新风机的开关。

采用RS-485总线通讯方式。一旦有火灾等报警发生，可联动关闭新风机，工作人员也可根据需要远程控制新风机的开关。

漏水系统监测

在网络机房安装漏水监测空调四周漏水情况，本漏水检测系统采用定位式检测系统，监测精密空调周围的漏水情况。

因机房漏水隐患主要是精密空调，故在精密空调周围地板下布置漏水感应线缆一圈，通过报警控制器将漏水报警信号传至监控主机。

温湿度系统监测

在网络机房安装温湿度传感器来检测整个机房的温湿度情况，监控系统通过采集温湿度传感器所检测的温度和湿度信息，可实时地监测现场温湿度状况。

消防报警系统监测

取一路消防控制主机发出的报警信号接入工控主机，对消防报警系统监控，系统会弹出报警画面，通过多媒体语音、电话语音报警，告知值班人员，实现联动报警和开启门禁。

视频监控子系统

在网络机房主要入口安装半球摄像机，主要负责各主要出入口及设备区的图像监视，整个机房做到无死角全方位覆盖。机房监控设备需和校园监控视频管理平台统一品牌，另外对网络机房已有的监控探头采集的视频信号进行格式转换和压缩存储，支持实时预约录像、报警录像，画面设置、远程调用、Web界面回放等基本操作。录像分辨率不低于CIF，压缩格式为MPEG-4或。视频存储不少于1个月。

门禁监控子系统

在网络机房的主要入口设置门禁系统，门禁接入集中监控系统中，人员进出网络机房有记录。刷卡和指纹进门，开门按钮出门，门禁锁电源需能紧急切断。门禁与消防联动，火灾发生时，逃生通道门禁自动切断电源开门。

灾害防护系统

承重处理

在满足机房承重要求的前提下，具体参照《数据中心设计规范GB50174-2017》对建筑与结构的要求。若机房层的承重达不到对建筑与结构的要求，需由土建单位做加固处理。由于机房内设备机柜数量较多，机柜内设备也较为集中，需考虑UPS电池承重处理、UPS主机承重处理、配电柜、精密空调机柜承重处理等，采用角钢等焊接制作承重固定支架。

防水、防鼠咬处理

空调下地面采用防水涂料做好防水处理，并做好恢复保护措施。

机房内有水源的地方采用防水涂料做防水处理，做好恢复保护措施。

外墙及外墙玻璃窗采用防水涂料做防水处理，并做好恢复保护措施。

在精密空调地板下做挡水地垄，采用防水涂料做防水处理并做好恢复保护措施。

机房区其它给排水管道采用防水处理，并做好恢复保护措施；

机房内所有线缆均穿金属线槽和金属钢管架空敷设。

封堵好机房与外界交界处的洞孔。

在机房内地板下设置电子驱鼠器。