浅谈城市轨道交通设备系统专业备用蓄电池电源的设计

一、导读

       在城市轨道交通工程的设计中，设备系统专业各个子系统对本专业的备用蓄电池电源（不间断电源UPS）的设计要求不尽相同，包括电源负荷容量大小、后备供电时长等不同指标，所遵照的依据为现行几本规范和标准。审图工作中，我们经常发现不同工程、不同设计单位在同一系统专业设计图纸中对备用蓄电池电源设计采用不同参数的情况，下面分不同情况进行概述。



二、 现状     

（一）火灾自动报警系统、气体灭火控制系统

       在城市轨道交通项目中，火灾自动报警系统和气体灭火系统控制部分两个专业的备用蓄电池电源（不间断电源UPS）的设计要求一般依据如下规范和标准：

       《火灾自动报警系统设计规范》GB 50116-2013第10.1.5规定：“消防设备应急电源输出功率应大于火灾自动报警及联动控制系统全负荷功率的120%，蓄电池组的容量应保证火灾自动报警及联动控制系统在火灾状态同时工作负荷条件下连续工作3h以上。”

       《地铁设计规范》GB 50157-2013第23.1.8条规定：“火灾自动报警系统直流备用电源宜采用专用蓄电池或集中设置的蓄电池组供电，其容量应保证主电源断电后连续供电1h；”

       在近期的送审项目中，遵循新规范和标准优先的原则，设计人多数选择设计为3h的供电时长，即遵守GB 50116-2013的相关条文规定。

（二）综合监控系统、环境与设备监控系统、消防广播系统（通信专业）、门禁专业

       在城市轨道交通项目中，综合监控系统专业的备用蓄电池电源（不间断电源UPS）的设计要求一般依据如下规范和标准：

      《地铁设计规范》GB 50157-2013第20.7.2条规定：“综合监控系统供电应符合下列规定：1 供电负荷等级应为一级负荷；2 综合监控系统宜选用不间断电源(UPS)设备和免维护蓄电池设备。控制中心、车站综合监控设备的UPS电池后备时间应相同，其供电时间不宜小于1h。”

       在城市轨道交通项目中，环境与设备监控系统专业的备用蓄电池电源（不间断电源UPS）的设计要求一般依据如下规范和标准：

       《地铁设计规范》GB 50157-2013第21.4.2条规定：“中央级硬件设备应按照下列要求配置：5 应配置在线式不间断电源，后备时间不应小于1h。”

       《地铁设计规范》GB 50157-2013第21.4.3条规定：“车站级硬件设备应按照下列要求配置：2 应配置在线式不间断电源，后备时间不应小于1h。”

       在城市轨道交通项目中，消防广播系统（通信专业）的备用蓄电池电源（不间断电源UPS）的设计要求一般依据如下规范和标准：

      《地铁设计规范》GB 50157-2013第16.10.6条规定：“电源设备容量配置应符合下列要求：3蓄电池组的容量应按近期负荷配置，并应保证连续供电不少于2h；”

       在城市轨道交通项目中，门禁系统的备用蓄电池电源（不间断电源UPS）的设计要求一般依据如下规范和标准：

       《地铁设计规范》GB 50157-2013第23.3.8条规定：“系统和设备应具有7X24h不间断工作的能力；系统应采用不间断电源供电，后备时间不应低于1h。”

       在近期的送审项目中，综合监控系统、环境与设备监控系统、消防广播系统（通信专业）以及门禁专业这几个系统专业备用蓄电池电源供电时长的选择分为两类，部分设计人认为这几个系统专业与消防系统强相关，所以选择设计为3h的供电时长，即遵守GB 50116-2013的相关条文规定；一部分设计人在项目中选择遵守GB 50157-2013中相关条文对本专业的规定。

（三）其他设备系统专业

       其他设备系统专业设计人在项目中基本都遵守GB 50157-2013中相关条文对本专业的规定。

三、合理设计蓄电池组的参数

       综上所述，在设备系统专业设计图纸中，对本专业蓄电池供电时长的要求设计为1h、2h、3h的均有，其设计依据主要来源于《地铁设计规范》GB 50157-2013和《火灾自动报警系统设计规范》GB 50116-2013。

       目前城市轨道交通工程项目中，对蓄电池供电时长的设计有就高不就低、就长不就短的趋势，UPS电池组设计的负荷容量也越来越大，而UPS/EPS电池组的使用寿命仅有六年左右， 其更换费用不菲，据不完全统计大概在5-10万/10KVA，这还不包括日常维护费用大约两万/10KVA/年。

       目前，国家对节能减排方面出台的法律法规如下：《中华人民共和国节约能源法》、《中华人民共和国大气污染防治法》、《交通行业实施节能法细则》、《可再生能源中长期发展规划》等等，其目的都是围绕保护和改善环境，防治大气污染，保障公众健康，推进生态文明建设，促进经济社会可持续发展制定。随着经济发展，环境污染已经是全人类面临的一大难题，节能环保是我们可持续发展的必然方向，弘扬节约美德，倡导低碳生活，建设环保型、节约型社会是我们目前的当务之急。

       回到我们城市轨道交通工程的设计中，在遵循规范要求和倡导低碳环保节能减排中寻求平衡点，是需要设计人认真思考的问题。

       因此，对UPS电池组设计的负荷容量和供电时长进行适当调整和精确控制不失为较好的选择之一。具体分析：设计中火灾自动报警系统专业选择本专业备用蓄电池电源的供电时长为3h，在设计依据方面没有问题，因为《火灾自动报警系统设计规范》GB 50116-2013其实施日期较近，并且又是专业标准，虽然GB 50116-2013在条文内容和条文解释中均未明确说明供电时长要求为3h的依据，但这是另外的话题了。而环境与设备监控系统、综合监控系统、通信系统专业图纸中蓄电池组供电时长设计为3h的情况值得商榷，虽然BAS、ISCS、通信专业等与火灾报警系统相关性很强，火灾工况下，城市轨道交通火灾自动报警系统的消防设备联动需要通过上述系统共同实现，所以其蓄电池组供电时长的选择不宜独立考虑，需协同一致，设计为相同的供电时长，但是从另一方面来说，BAS、ISCS、通信专业与火灾报警系统直接联动相关的仅为部分功能，我们是否能考虑使用需求针对不同功能分别设置蓄电池组要求，与火灾报警系统强相关的部分供电时长设计为3h，正常工况部分的供电时长根据GB 50157-2013中相关条文设计为1h。

       另外，我们在此提出一个论点供大家探讨，既备用蓄电池组供电时长的确定与火灾供电时长没有必然关联。因为消防设备系统的负荷等级均定义为一级负荷中的特别重要负荷既是消防负荷，按照《建筑设计防火规范》GB50016（2018年版）第10.1.6的要求，在火灾情况下，消防设施电源不得切除，依靠市电进行供电，因此，按照消防供电时长来确定蓄电池的供电时长并没有足够依据。并且，如果地铁中的市电停电情况下，消防水泵、消防风机等消防设备也失去电源无法工作，此时其它设备系统的备用蓄电池能够提供进行系统处理，数据在线贮存等小负荷容量的工作即可。此外，任何蓄电池都存在使用周期短，无法再利用的痼疾，备用时间越长，不仅投资巨大，而且从再生能源利用方面考虑对环境的损害也越大。

       综前所述，蓄电池组的供电时长如设计过短影响火灾情况下系统运行功能，设计过长会造成不必要的浪费，不符合节能减排要求。所以，设计中应结合各专业功能需求和不同规范的要求，同时也要参考消防线缆在火灾时的工作时间，多方面统筹考虑，根据城市轨道交通领域自身建筑特点和防灾要求，规定符合设备系统设计要求的蓄电池组供电时长。