電源功耗需求計算設計優化

程麗娜

（北京通號國鐵城市軌道技術有限公司，北京 100070）

電源功耗需求計算設計優化

程麗娜

（北京通號國鐵城市軌道技術有限公司，北京 100070）

地鐵中電源屏容量計算是系統集成項目確定電源屏配置的重要工作，目前只有大鐵有電源容量計算相關標準。地鐵項目中，電源屏的配置較多依據以往經驗進行，未形成標準的計算方式方法，因此各項目電源屏的配置情況各不相同，導致電源系統成本也參差不齊。旨在通過現場實際測試和理論計算結合形成地鐵行業電源容量計算標準。

地鐵；電源配置；標準

電源屏是信號集成項目重要的設備組成，約占合同總額的5%。電源屏容量計算是系統設計中的重點之一。電源屏容量計算偏大會造成資源浪費，同時增加項目成本，電源屏容量計算偏小又會造成設備供電不足，設備頻繁斷電，影響運營。

1 轉轍機功耗計算現狀

在地鐵項目執行中發現，各集成商提交的電源功耗明細相差較大，經分析，主要是因為轉轍機功耗計算結果差別較大。根據2014年3月1日實施的《地鐵設計規范》（GB 50157-2013）有關規定，電動轉轍機納入UPS容量。按照此標準轉轍機功耗大小影響項目成本更明顯。以兩組實際項目采集的數據，針對相同的轉轍機配置，同一集成商不同項目容量計算差別及不同供貨商容量計算結果如表1、2所示。

2 影響轉轍機功耗計算因素

從表1、2可以看出：因為設計人員不同，同一集成商不同項目電源容量計算的結果差異很大。不同集成商的電源容量計算結果隨著轉轍機數量的增加，差別越來越大。造成如此大的差異有以下幾方面的因素。

表1 同一集成商不同項目轉轍機容量計算對比

表2 不同集成商不同站型轉折機功耗對照

1） 地鐵行業缺失相關計算標準；

2） 設計人員經驗不同，計算同時動作道岔數量有以下幾個算法：

a.全站道岔同時動作；

b.估算最多動作道岔數量；

c.一條進路中最多道岔動作數量；

d.上下行同時排列進路時，兩條進路中最多道岔動作數量；

3） 系統不同，電源產品不同，產品功能不相同；

4） 各子系統備用量重復計算。

轉轍機動作功耗的計算取決于以下因素：

轉轍機本身的工作電流I及工作電壓U；

道岔同時動作的組數定義N；

電源容量備用B%。

3 轉轍機功耗基礎計算方法

轉轍機（道岔按雙機考慮）初步理論計算功率公式為：

P=1.732×U×I×（1+B%）×N×2

其中，U為電壓值，取值380 V；I為電流值，取工作電流2 A；B%為富余量，取值30%，N為道岔數量，N×2為轉轍機數量。

根據以上功率計算公式，不同的設計人員計算轉轍機功耗過程差異分析如下。

設計場景如圖1所示。

1）設計者甲：考慮本站全部道岔同時動作

P=1.732×U×I×（1+B%）×N×2=1.732×2 20×2×（1+30%）×10×2=19 814.08（VA）

2）設計者乙：考慮本站有一條自動進路和一條手動進路同時動作的道岔數，如X3517至X3509為自動進路，同時手動辦理X3513至下行正線的進路，此時動作道岔數量為8組。（假設進路中所有道岔都在進路需要的相反位置）。

圖1 XX站信號平面布置圖

3）設計者丙：考慮本站只有一條最多道岔同時動作的進路，如X3517至X3505，同時動作道岔數量為7組。

P=1.732×U×I×（1+B%）×N×2=1.732× 220×2×（1+30%）×7×2=13 869.86（VA）

4）設計者丁：考慮到聯鎖軟件對道岔動作做的錯峰處理，同時電路中對雙機中的一機二機做了傳動處理，因此不考慮道岔因素，按照大鐵的原則，只考慮最多5組同時動作。

P=1.732×U×I×（1+B%）×N×2=1.732× 220×2×（1+30%）×5=4 953.52（VA）

由以上比較，設計者甲與丁計算結果相差4倍。

4 轉轍機功耗現場實際測試

基于以上各種計算差異方法，通過現場測試進行實際比較。

在現場實際測試1組和5組道岔動作時，單機及雙機功耗值，如圖2，3所示。

圖2 一組道岔動作時單機的電流及功耗

現場測試記錄如表3所示。

圖3 5組道岔同時動作時雙機的電流及電壓

表3 轉轍機功耗現場測試記錄表

5 現場測試結論

由于電源屏輸出電壓較高，因此實際的道岔功率高于道岔的計算功率，但從測試數據的平均功率可以看出，道岔平均功率會隨著進路中道岔的組數增加而遞減，如圖4所示。

圖4 道岔功耗與道岔數量關系曲線圖

表4 兩種計算公式功耗對照表

6 修正后轉轍機功耗計算方法

通過現場實際測試對轉轍機（道岔按雙機考慮）計算功率公式修訂為：

N為道岔數，取集中站一條進路中涉及到的最多同時動作的道岔數量。

N的取值，當N≤5.8/T時，取值為N；當N＞5.8/T時，取值N= （5.8/T），取整。

T為聯鎖中對道岔錯峰處理周期；（聯鎖處理一條進路多組道岔時間命令間隔T秒）。

K為調整系數，K=10/（N+7.5）；

根據調查，由于各個子系統對電源做了富裕量要求，轉轍機的電源備用量可以考慮為0。

基于前后兩種轉轍機功耗計算公式的改進對比如表4所示。

7 總結

基于目前還沒有正式地鐵標準規范轉轍機功耗計算，筆者經過現場測試、同時動作道岔可能性、合理的富余量考慮及各種數據比較，總結出轉轍機功耗的合理計算公式，目前可作為同行計算電源容量時參考。

［1］中國鐵路通信信號總公司研究設計院.鐵路工程設計技術手冊-信號［M］.北京：中國鐵道出版社，2007.

［2］中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB50157-2013城市軌道交通技術規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2014.

［3］北京市軌道交通建設管理有限公司.信號電源系統設計要求（試行）［S］.2013.

The capacity calculation of metro power suplly panels is important work for configuring power supply panels in systems integration projects. Because there is no dedicated standard for metro， so completing this kind of work is usually depending on personal expearence and similor projects expearences without normal calculajtion method. As a result， the cost of power supply systems is irregularity due to confi guraiton of power supply panels. The paper presents a capacity calculation method through onsite practual testing and theoretical arithemtic， in order to provide reference for establishing a power supply capacity calculation standard for metro.

metro； power supply confi guration； standard

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.05.023

（2016-05-19）