地鐵屏蔽門電源系統

地鐵站臺屏蔽門系統由驅動系統、控制系統和電源系統構成。屏蔽門電源系統為其驅動、控制系統供電并在交流停電情況下具備一定時間的后備安全供電能力。地鐵屏蔽門電源必須采用高可靠性的成熟產品，系統無單點故障，滿足安全標準要求和電磁兼容要求。

1 對屏蔽門電源的要求

據電源專業電源工程師介紹，通常屏蔽門電源系統分為驅動電源和控制電源，在國內采用驅動和控制電源獨立的方式較多。

對門機電機驅動電源，由于要求啟動快、動作迅速，所有屏蔽門均采用直流電機，因此，驅動電源需要滿足直流電機啟動的沖擊特性需求，在屏蔽門正常動作時，電源系統提供功率3～5 kW，啟動瞬間達到8 ～40 kW；門機驅動電機通常有DC110V 和DC48V 兩種電壓等級，單臺標稱電機功率在80～150 W不等。門機驅動工作電壓為DC110V時驅動波型如圖1。

 

（2）對屏蔽門控制系統供電通常為DC110V和DC24V。一般采用DC24V，由于地鐵站臺比較長，部分廠家在安全回路會采用比較高的直流電壓。

（3）對屏蔽門系統的監控工控機，采用AC220V 供電和DC24V供電。對控制臺供電， 通常為AC220V。

2 屏蔽門電源系統供電方案及失效模式

地鐵屏蔽門電源系統一般有交流UPS 和直流UPS 兩種方案。

2.1 交流方案

2.1.1 系統構成

采用在線UPS 為核心，提供AC220V電力，配置AC/DC模塊，提供DC110V、DC24V 電力，系統原理框圖如圖2。

 

2.1.2 電源系統工作描述

三相交流通過在線UPS進行整流、逆變、隔離變壓過程后輸出穩定的交流電，同時通過充電模塊對電池充電，在三相交流停電時，電池的直流電經升壓、逆變、隔離變壓變為交流電，保證驅動、控制系統用電。UPS 功率要滿足開關門時最大沖擊功率要求。交流電通過AC/DC 模塊提供控制系統用DC24V和DC110V，模塊采用1+1備份；交流電通過AC/DC模塊提供驅動系統用DC110V，模塊采用N+1備份，驅動系統用AC/DC模塊要滿足開關門時最大沖擊功率要求。

2.1.3 方案失效模式

（1） 驅動AC/DC模塊損壞2個模塊以上，屏蔽門無法自動工作。

（2） AC380V交流停電時，電池升壓部分損壞，不能供電。

（3） AC380V交流停電時，UPS 逆變損壞，不能供電。

（4） AC380V交流停電時，電池損壞，不能供電。

（5） 兩個DC24V控制供電模塊損壞，DC24V 控制無供電。

（6） 兩個DC110V控制供電模塊損壞，DC110V 控制無供電。

2.2 直流方案

2.2.1 系統構成

系統配置AC/DC整流模塊，輸出DC110V；再配置DC/DC模塊，提供DC24V電力，配置DC/AC模塊，提供AC220V 電力；方案原理框圖如圖3。

 

2.2.2 電源系統工作描述

三相交流AC380V 通過AC/DC模塊輸出DC110V。AC/DC模塊分為兩部分：一部分模塊輸出為電池充電并為DC110V 控制系統供電，此部分模塊采用N+1 備份；另一部分模塊輸出為DC110V 驅動系統供電，此部分模塊也采用N+1 備份。使用DC/DC模塊，提供DC24V控制系統用電，模塊1+1 備份。使用DC/AC 模塊，提供AC220V 控制臺用電，模塊1+1 備份。在三相交流AC380V 停電時，電池直接對DC110V 驅動系統和DC110V 控制系統供電，并通過DC/DC 模塊和DC/AC模塊對DC24V控制系統和AC220V 控制臺供電。

2.2.3 方案失效模式

（1）AC380V 交流停電時，電池損壞，不能供電。

（2）兩個DC24V控制供電模塊損壞，DC24V 控制無供電。

（3）AC380V 交流停電時，兩個A C 2 2 0 V 控制供電模塊損壞，AC220V 控制無供電。

3 兩種電源方案的比較

（1） 單點故障。交流方案采用單臺UPS供電存在3個單點故障點，即電池、電池升壓和逆變。直流方案只存在電池1個單點故障點。電池單點故障點通過雙組電池備用可以消除。交流方案要消除單點故障需要UPS 1+1 備份。

（2）功率變換。由于驅動供電的特殊性（峰值功率要求高），交流方案在正常情況下需要經過2 級功率變換提供驅動供電，即AC/AC(UPS)和AC/DC 變換；直流方案只需要AC/DC 一級功率變換。綜合評估，交流方案變換功率為直流系統的1.7倍以上；而變換功率的大小與成本密切相關；因此，直流方案的投資較小。

（3）電池備用的可靠性。交流方案電池后備供電需要經過電池升壓、逆變和AC/DC模塊對外供電，經過的電源變換環節多。直流方案電池直接對DC110V 供電，無變換環節。因此，直流方案電池后備更可靠。

（4）直流方案模塊化技術成熟，采用全模塊化結構，模塊可帶電插拔，維護方便，不需要專業技術人員現場服務，維護成本低。備件為標準模塊，整條線路備件通用，備件成本低。

4 結論

據源創電源專業電源工程師分析，用于屏蔽門的電源系統，直流方案具有可靠性高、投資小、維護要求低、維修和備件成本低的特點，與交流方案比較具有較大的優勢。以上分析只考慮門機為110V 直流供電的情況，門機供電采用其他電壓等級，在方案設計中會有一些區別，但可以按上述方法分析。在同等條件下，直流方案比交流方案具有優勢。更多鐵道電源應用方案請聯系我們電源工程師。