Dự án UPS cho hệ thống đường sắt: Hệ thống 3MW đảm bảo độ tin cậy 99,1% cho MTR Hồng Kông

Ⅰ. Tổng quan dự án

Tập đoàn MTR vận hành một trong những mạng lưới tàu điện ngầm nhộn nhịp nhất thế giới. Tính đến năm 2025, mạng lưới đường sắt này bao phủ Đảo Hồng Kông, Cửu Long, Vùng Tân Cương và Tuyến Tàu điện ngầm Sân bay, với tổng chiều dài 258 km và hơn 6 triệu lượt hành khách mỗi ngày.
Hệ thống điện áp thấp của nó bao gồm 13 hệ thống con như hệ thống thông tin liên lạc, hệ thống tín hiệu và hệ thống giám sát tích hợp, tất cả đều yêu cầu bảo vệ nguồn cấp điện tải loại I.

Độ tin cậy cao: Hệ thống tín hiệu (ATC/ATS) có khả năng chịu đựng sự cố mất điện trong thời gian dưới 10 ms; nếu không, hệ thống sẽ kích hoạt phanh khẩn cấp cho tàu.
Những thách thức về môi trường: Nhiệt độ cao, độ ẩm cao và ô nhiễm bụi tại các ga tàu điện ngầm.
Hiệu quả năng lượng: Phải tuân thủ các quy định của Hồng Kông Nghị định về Hiệu quả Năng lượng trong Xây dựng (BEA), yêu cầu nâng cao tiêu chuẩn hiệu quả năng lượng lên mức 20% đối với các cơ sở công cộng.

Giao thoa sóng hài: Các tải của bộ biến tần khiến chỉ số THDi (Độ méo hài tổng của dòng điện) đạt mức 8,21%, ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển của hệ thống tín hiệu.
Quá tải tức thời: Dòng điện khởi động của động cơ truyền động cửa chắn có thể đạt tới 12 lần giá trị định mức, dễ dàng kích hoạt cơ chế ngắt bảo vệ trong các hệ thống thông thường UPS hệ thống.

Triển khai phi tập trung: Việc lắp đặt các hệ thống UPS độc lập tại mỗi trạm dẫn đến thời gian phản ứng khi xảy ra sự cố kéo dài hơn 3 giờ.
Sự lão hóa của pin: Ắc-quy chì-axit chỉ có tuổi thọ khoảng 3.000 chu kỳ sạc-xả, với chi phí thay thế hàng năm vượt quá 12 triệu HKD.

Hoạt động kém hiệu quả: Các hệ thống UPS truyền thống có hiệu suất 82%, dẫn đến chi phí điện hàng năm vượt quá $230 triệu HKD.
Áp suất giảm carbon: Phải phù hợp với mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2030 của Hồng Kông (giảm 30% lượng khí thải carbon từ giao thông công cộng).

Mô-đun	Thông số kỹ thuật và chức năng
Cấu trúc ba cấp	Đầu vào hệ số công suất >0,99, THDi <2%, tỷ lệ méo dạng sóng đầu ra <0,5%
Điều khiển song song thông minh	Hỗ trợ vận hành song song 8 đơn vị, dự phòng N+1, cân bằng tải động (độ chính xác ±0,31 TP3T)
Khả năng thích ứng với môi trường	Chỉ số bảo vệ IP55, hỗ trợ hoạt động trong dải nhiệt độ rộng từ -25℃ đến 60℃, đạt tiêu chuẩn thử nghiệm ESD theo IEC 61000-4-2

Quản trị chất lượng điện: Triển khai các mô-đun điều khiển kỹ thuật số hoàn toàn DSP để bù đắp các thành phần hài trong thời gian thực, giúp giảm THDi xuống dưới 1,5%.
Mở rộng mô-đun: Lắp đặt 12 bộ UPS công suất 250kVA chạy song song (tổng công suất 3MW), đồng thời dự trữ không gian mở rộng cho model 50%.
Vận hành và Bảo trì thông minh: Kết nối với hệ thống quản lý năng lượng trung tâm của MTR để kích hoạt Giám sát từ xa Trạng thái sức khỏe của pin (SOH).

Kỷ lục không có thời gian ngừng hoạt động: Khả năng sẵn sàng của hệ thống đạt 99,999%, thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch hàng năm <5 phút.
Phản hồi sự cố: Hệ thống tự chẩn đoán giúp rút ngắn thời gian phản hồi bảo trì xuống còn 80%, với thời gian sửa chữa trung bình (MTTR) ≤15 phút.

Giảm thiểu hài hòa: Hệ số THDi đã giảm từ 8,21 TP3T xuống còn 1,51 TP3T, giúp tiết kiệm 18 triệu HKD chi phí điện hàng năm.
Thời lượng pin: Pin lithium sắt photphat (LFP) có tuổi thọ chu kỳ lên đến 12.000 lần, giúp giảm 80% chi phí bảo trì hàng năm.