地鐵屏蔽門電源系統方案比較

摘 要：地鐵屏蔽門系統由于其重要性，電源系統的可靠性尤為重要。在現有的屏蔽門電源方案中，常見的有交流供電和直流供電兩種方式。文章詳細介紹兩種電源方案及其工作原理，重點對方案的失效模式進行分析，并從單點故障、功率變換、蓄電池可靠性，以及維護成本等多方面對兩種方案進行了對比，直流供電系統可靠性高、投資小、維護方便，相對交流供電系統更有優勢。

關鍵詞：地鐵屏蔽門；電源系統；直流；交流

中圖分類號：U231.8 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）15-0075-02

地鐵屏蔽門系統是20世紀80年代出現的一種安全裝置，屏蔽門系統安裝在地鐵站臺邊緣，將站臺公共區和列車運行區域隔開，在列車到達和出發時通過控制系統控制其自動開啟，為乘客營造一個安全舒適的環境。安裝地鐵屏蔽門不僅能保障列車、乘客安全，還可以有效減少站臺區與軌行區之間氣流的交換，降低環控系統的運營能耗，并能減少噪聲及活塞風對站臺候車乘客的影響，改善乘客候車環境。同時，屏蔽門系統和安全門系統的設置也為軌道交通實現無人駕駛奠定了技術基礎。隨著廣州地鐵2號線成為第一條在國內加裝屏蔽門的地鐵線路，上海、深圳、天津、北京等城市的地鐵也先后安裝了屏蔽門，目前，屏蔽門系統由于其顯著的優點，已廣泛運用于國內的地鐵項目。

1 屏蔽門電源系統

屏蔽門系統是一級用電負荷，由車站低壓配電系統通過雙電源切換箱提供兩路獨立的三相380 V交流輸入電源給屏蔽門系統，一主一備互為備用、自動切換。屏蔽門系統電源由獨立的驅動電源和控制電源兩部分組成，總容量為24 kVA（兩側站臺）或36 kVA（三側站臺）。

屏蔽門電源系統由雙電源切換箱、配電盤、不間斷電源等組成，設置于屏蔽門控制室內。交流停電后由不間斷電源提供1 h電源，并能保證雙側門開關5次。

1.1 驅動電源

驅動電源對門機驅動設備供電，電壓通常為DC110 V，驅動波型如圖1所示。由于屏蔽門系統為地鐵核心設備系統，為滿足安全可靠、便于服務、隨時現場擴容、易于管理、能遠程監控和控制等要求，通常采用UPS在線式熱插拔模塊供電，以保證系統設備的可靠運行。

1.2 控制電源

控制電源對控制部分供電，電壓通常為DC110 V和DC24 V，主要為屏蔽門系統的控制設備，如主控機（PSC）、站臺端頭控制盒（PSL）等供電。

2 屏蔽門電源供電方案

2.1 交流方案

2.1.1 交流方案工作原理

交流方案以在線式UPS為核心，配置AC/DC模塊分別提供DC24 V和DC110 V電源，設備工作原理如圖2所示。

2.1.2 工作描述

正常情況下，屏蔽門/安全門的驅動電源由主電源通過在線式UPS，經整流、逆變、輸出隔離變壓器等環節提供穩定交流電源，同時通過充電模塊對蓄電池組進行充電。當主電源發生故障時，蓄電池組通過升壓、逆變、輸出隔離變壓器提供交流電源。

這種方案中，UPS功率選型要滿足開關門時最大沖擊負荷的要求，UPS輸出交流通過AC/DC模塊提供DC110 V驅動電源，模塊采用N+1備份，驅動AC/DC模塊要按照開關門時最大沖擊負荷要求選型；同時，UPS輸出交流電源通過AC/DC模塊分別提供控制用的DC24 V和DC110 V電源，此部分模塊采用1+1備份。

2.1.3 方案失效分析

交流方案工作模式下，有以下幾種情況可能導致方案失效：驅動AC/DC模塊兩個以上模塊損壞（以只后備一個模塊考慮，由于電池不是接在驅動母線上，無法提供驅動電源，無法自動工作）；交流停電，UPS逆變損壞；交流停電，電池升壓部分損壞；交流停電，電池損壞；兩個DC24 V控制供電模塊損壞，無法提供DC24 V控制電源；兩個DC110 V控制供電模塊損壞，無法提供DC110 V控制電源。

2.2 直流方案

2.2.1 直流方案工作原理

直流方案以直流電源系統為核心，配置DC/DC模塊提供DC24 V電源，設其備原理如圖3所示。

2.2.2 工作描述

正常情況下，三相交流電源通過AC/DC模塊提供DC110 V電源。AC/DC模塊可分為兩部分，一部分提供DC110 V驅動電源，模塊采用N+1備份；另一部分提供DC110 V、DC24 V兩種控制電源，同時為蓄電池組充電，模塊采用N+1備份，其中DC24 V控制電源通過DC/DC模塊供電，此部分DC/DC模塊采用1+1備份。這兩部分AC/DC模塊間通過晶閘管連接，防止由于沖擊負荷而引起的蓄電池組放電。交流停電時，蓄電池組直接為系統提供DC110 V驅動電源及DC110 V、DC24 V控制電源。

2.2.3 方案失效分析

此種工作模式下，有以下幾種情況導致方案失效：交流停電時，電池組損壞；兩個DC24 V控制供電模塊損壞，DC24V控制無法供電。

3 交、直流方案比較

3.1 單點故障及消除方法

在交流方案中，由于采用單臺UPS供電，存在蓄電池組、升壓模塊、逆變模塊三個單點故障點，而直流方案僅存在電池組一個單點故障點。

蓄電池組單點故障點為兩個方案的共性問題，可以通過兩組蓄電池組互為備用來消除，而交流方案中升壓模塊、逆變模塊的單點故障消除只能通過UPS1+1冗余備份消除。

3.2 備用模式的可靠性

交流輸入故障，由蓄電池組供電時，交流方案中的蓄電池組須經過升壓、逆變和AC/DC模塊供電，而直流方案中蓄電池組直接提供DC110 V電源。相比交流方案，直流方案無變換環節，備用模式可靠性更高。

3.3 功率變換的經濟性

屏蔽門驅動負荷為沖擊性負荷，其峰值功率要求較高。正常情況下，交流方案需經AC-AC（UPS）和AC/DC兩級功率變換進行供電；直流方案僅需要AC/DC一級功率變換。交流方案變換功率為直流方案的1.7倍以上，而變換功率的大小與模塊成本成正比，因此直流方案的投資更小。

3.4 其他

直流方案采用全模塊化結構，模塊均可帶電熱插拔，一方面方便現場維護檢修，不需要專業技術人員的現場服務；另一方面備品備件通用性高，便于全線統一，有效降低工程投入。

4 結 語

綜上所述，相對交流方案，直流方案供電可靠性高、投資少、方便維護運營，使用在地鐵屏蔽門系統中具有比較明顯的優勢。本文雖僅是對目前市場主流的110 V直流供電的門機進行分析，而隨著門機供電電源電壓等級變化，設計方案會有所改變，但是我們仍可以按照以上思路進行分析討論。不難看出，在同等條件下的地鐵屏蔽門電源系統中，直流方案相對交流方案更有優勢，推薦在地鐵屏蔽門電源系統中使用。

參考文獻：

[1] 黃毅，任昕.地鐵屏蔽門電源系統方案比較[J].現代城市軌道交通，2009，（3）.