軌道交通站臺門系統電源方案對比研究

摘 要本文針對站臺門系統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勢，為軌道交通站臺門系統電源的供貨提供了理論依據。

【關鍵詞】站臺門系統 電源方案 對比研究

1 概述

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

軌道交通系統使用設備要求高安全性、高可靠性，電源系統設計時必須考慮可靠性、安全性，滿足站臺門系統的可靠性和安全性的要求。

站臺門系統用電設備包括驅動電機、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間歇開/關門的動作要求，因此目前軌道交通站臺門一般選用直流電機作為驅動機構，電機供電電壓通常為DC110V（驅動波型如圖1），站臺門的負載特性主要表現在驅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小時并能保證雙側門開關5次。

2 電源方案對比分析

電源系統是由驅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，由一套監控系統集中管理；根據站臺門系統的驅動電機來設計驅動電源，在國內的地鐵應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；站臺門系統設備不同，要求的參數也不一樣。以100V驅動電機電壓為例說明電源方案。

2.1 直流UPS方案

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

直流UPS方案具有如下特點：

（1）模塊化冗余設計，無單點故障，保證系統的可靠性

（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動門機供電，無轉換環節，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，再經就地轉換模塊轉換成110V直流電源后給驅動門機供電，當市電停電后，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，再由就地轉換模塊轉換成110V直流電源給驅動門機供電，設備原理框圖如圖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，系統存在單點故障，降低系統的可靠性，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逆變再由就地轉換模塊給驅動門機供電，通過了兩次轉換環節，增加了系統的故障率及損失蓄電池容量，降低了利用率

（3）由于每個驅動電機由單獨的就地轉換模塊供電，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電源只經過一級轉換，效率高于90%，交流UPS電源一般最大效率90%，再經過一級交直流轉換，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過轉換，交流UPS電源需要通過逆變和STS、交直流轉換，在蓄電池使用率方面，直流方案優于交流方案。

（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電源方案需要的設備空間比直流UPS大，而且UPS一般尺寸都是非標準的柜體，直流UPS由于轉換數量少，不需要旁路系統和STS切換系統，直流系統的需要的設備空間小，而且可以很方便的配置標準柜體。

3 結論

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、產品標準化等方面有優勢，可以作為軌道交通站臺門系統電源的主要實施方案。

作者簡介

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

作者單位

中鐵六院中鐵電氣化勘測設計研究院有限公司 天津市 300250