軌道交通站臺門系統(tǒng)電源方案對比研究

摘 要本文針對站臺門系統(tǒng)的電源方案的高安全性、高可靠性的要求，首先對交流和直流電源方案進行了對比研究，最終通過方案比選得出在同等條件下，直流電源方案比交流電源方案更具有優(yōu)勢，為軌道交通站臺門系統(tǒng)電源的供貨提供了理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】站臺門系統(tǒng) 電源方案 對比研究

1 概述

軌道交通系統(tǒng)為了保障安全、高效的運行，采用在站臺和列車之間使用站臺門，站臺門系統(tǒng)由驅(qū)動部分、控制部分、電源部分構(gòu)成，站臺門電源要求對驅(qū)動部分、控制部分和信號接口部分提供穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)和在交流停電情況下提供一定時間的后備安全供電。

軌道交通系統(tǒng)使用設(shè)備要求高安全性、高可靠性，電源系統(tǒng)設(shè)計時必須考慮可靠性、安全性，滿足站臺門系統(tǒng)的可靠性和安全性的要求。

站臺門系統(tǒng)用電設(shè)備包括驅(qū)動電機、控制主機及就地控制單元等，由于直流電機具有良好的啟動機械性能，可以滿足站臺門反復(fù)間歇開/關(guān)門的動作要求，因此目前軌道交通站臺門一般選用直流電機作為驅(qū)動機構(gòu)，電機供電電壓通常為DC110V（驅(qū)動波型如圖1），站臺門的負載特性主要表現(xiàn)在驅(qū)動負載沖擊性較大的特點，而由控制電源負載一般波動不大；控制部分供電電壓通常為直流110V和24V，在站臺門不動作時系統(tǒng)提供功率3-5KW，在站臺門動作時最大功率8KW-40KW（門配置不同）交流停電后提供0.5小時-1小時并能保證雙側(cè)門開關(guān)5次。

2 電源方案對比分析

電源系統(tǒng)是由驅(qū)動電源和控制電源組成，一般有交流供電方案和直流供電方案兩種，驅(qū)動和控制電源獨立配置蓄電池組、電源模塊、配電回路，由一套監(jiān)控系統(tǒng)集中管理；根據(jù)站臺門系統(tǒng)的驅(qū)動電機來設(shè)計驅(qū)動電源，在國內(nèi)的地鐵應(yīng)用中按電壓等級大致可分為直流100V、48V和24V；控制電源是給站臺門控制系統(tǒng)的中央控制盤、就地控制盤、就地控制盒等供電，控制電源按電壓等級大致可分為直流110V、24V和交流220V這三種電壓；站臺門系統(tǒng)設(shè)備不同，要求的參數(shù)也不一樣。以100V驅(qū)動電機電壓為例說明電源方案。

2.1 直流UPS方案

交流380V市電輸入驅(qū)動電源后分別給整流模塊和充電模塊供電，經(jīng)整流模塊轉(zhuǎn)換成110V直流電源直接供給驅(qū)動門機，經(jīng)充電模塊轉(zhuǎn)換成108V直流電源給蓄電池組充電。當(dāng)市電停電后，蓄電池組通過二極管給驅(qū)動門機供電，原理框圖如圖2。

直流UPS方案具有如下特點：

（1）模塊化冗余設(shè)計，無單點故障，保證系統(tǒng)的可靠性

（2）可在線維護，可帶電插拔，維護工作簡單快捷

（3）正常供電失電后蓄電池直接給驅(qū)動門機供電，無轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，不損失蓄電池容量，利用率更高。

（4）正常運行的時候蓄電池組因有隔離二極管不參與供電，能獨立對蓄電池進行自動充放電管理，保證蓄電池的使用壽命。

2.2 交流UPS方案

交流380V市電經(jīng)交流UPS整流、逆變后輸出交流380V/220V電源至站臺門就地用電單元，再經(jīng)就地轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成110V直流電源后給驅(qū)動門機供電，當(dāng)市電停電后，蓄電池組通過交流UPS逆變后輸出交流380V/220V電源到站臺門就地用電單元，再由就地轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成110V直流電源給驅(qū)動門機供電，設(shè)備原理框圖如圖3。

交流UPS方案具有如下特點：

（1）交流UPS可分為整機型和模塊化UPS，如采用整機型的UPS，系統(tǒng)存在單點故障，降低系統(tǒng)的可靠性，同時整機型UPS不能做到帶電插拔和在線維護，增加后期維護成本和工作量。

（2）停電后蓄電池需通過UPS逆變再由就地轉(zhuǎn)換模塊給驅(qū)動門機供電，通過了兩次轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，增加了系統(tǒng)的故障率及損失蓄電池容量，降低了利用率

（3）由于每個驅(qū)動電機由單獨的就地轉(zhuǎn)換模塊供電，無冗余，降低了可靠性，如果模塊損壞，無法供電，影響運營，給后期維護帶來不便

（4）對蓄電池組充電無精細化管理，影響蓄電池的使用壽命

2.3 對比分析

（1）直流UPS電源只經(jīng)過一級轉(zhuǎn)換，效率高于90%，交流UPS電源一般最大效率90%，再經(jīng)過一級交直流轉(zhuǎn)換，交流電源方案效率最大80%左右。

（2）直流UPS電源方案蓄電池不需要經(jīng)過轉(zhuǎn)換，交流UPS電源需要通過逆變和STS、交直流轉(zhuǎn)換，在蓄電池使用率方面，直流方案優(yōu)于交流方案。

（3）直流UPS電源方案中整流模塊均N+1配置，只需要一次交直流轉(zhuǎn)換，無單點故障；交流UPS電源做不到全部N+1配置，存在單點故障，停電時蓄電池需要通過逆變和STS兩個部分才能供到母線，后面還需要通過一級交流轉(zhuǎn)直流才能給門機供電，有3處單點故障；在可靠性方面直流方案優(yōu)于交流方案。

（4）直流UPS電源方案中整流模塊可以帶電插拔，維護方便，不需要專業(yè)工程師來操作，交流電源做不到所有模塊都帶電插拔，維護周期較長。

（5）對蓄電池組的充放電管理，直流UPS電源方案比交流UPS電源方案做的更好，能更好地保證蓄電池的使用壽命。

（6）交流UPS電源方案需要的設(shè)備空間比直流UPS大，而且UPS一般尺寸都是非標(biāo)準(zhǔn)的柜體，直流UPS由于轉(zhuǎn)換數(shù)量少，不需要旁路系統(tǒng)和STS切換系統(tǒng)，直流系統(tǒng)的需要的設(shè)備空間小，而且可以很方便的配置標(biāo)準(zhǔn)柜體。

3 結(jié)論

綜上對比分析，直流UPS在使用效率、可靠性、可維護性、運營成本、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化等方面有優(yōu)勢，可以作為軌道交通站臺門系統(tǒng)電源的主要實施方案。

作者簡介

陳樹亮（1981-），男?，F(xiàn)為中鐵六院中鐵電氣化勘測設(shè)計研究院有限公司工程師。研究方向為軌道交通站臺設(shè)備智能化研究。

作者單位

中鐵六院中鐵電氣化勘測設(shè)計研究院有限公司 天津市 300250