轨道交通站台门系统电源方案对比研究

2016-05-14陈树亮

电子技术与软件工程 2016年6期

关键词：对比研究

摘要本文针对站台门系统的电源方案的高安全性、高可靠性的要求，首先对交流和直流电源方案进行了对比研究，最终通过方案比选得出在同等条件下，直流电源方案比交流电源方案更具有优势，为轨道交通站台门系统电源的供货提供了理论依据。

【关键词】站台门系统电源方案对比研究

1 概述

轨道交通系统为了保障安全、高效的运行，采用在站台和列车之间使用站台门，站台门系统由驱动部分、控制部分、电源部分构成，站台门电源要求对驱动部分、控制部分和信号接口部分提供稳定可靠的电源供应和在交流停电情况下提供一定时间的后备安全供电。

轨道交通系统使用设备要求高安全性、高可靠性，电源系统设计时必须考虑可靠性、安全性，满足站台门系统的可靠性和安全性的要求。

站台门系统用电设备包括驱动电机、控制主机及就地控制单元等，由于直流电机具有良好的启动机械性能，可以满足站台门反复间歇开/关门的动作要求，因此目前轨道交通站台门一般选用直流电机作为驱动机构，电机供电电压通常为DC110V（驱动波型如图1），站台门的负载特性主要表现在驱动负载冲击性较大的特点，而由控制电源负载一般波动不大；控制部分供电电压通常为直流110V和24V，在站台门不动作时系统提供功率3-5KW，在站台门动作时最大功率8KW-40KW（门配置不同）交流停电后提供0.5小时-1小时并能保证双侧门开关5次。

2 电源方案对比分析

电源系统是由驱动电源和控制电源组成，一般有交流供电方案和直流供电方案两种，驱动和控制电源独立配置蓄电池组、电源模块、配电回路，由一套监控系统集中管理；根据站台门系统的驱动电机来设计驱动电源，在国内的地铁应用中按电压等级大致可分为直流100V、48V和24V；控制电源是给站台门控制系统的中央控制盘、就地控制盘、就地控制盒等供电，控制电源按电压等级大致可分为直流110V、24V和交流220V这三种电压；站台门系统设备不同，要求的参数也不一样。以100V驱动电机电压为例说明电源方案。

2.1 直流UPS方案

交流380V市电输入驱动电源后分别给整流模块和充电模块供电，经整流模块转换成110V直流电源直接供给驱动门机，经充电模块转换成108V直流电源给蓄电池组充电。当市电停电后，蓄电池组通过二极管给驱动门机供电，原理框图如图2。

直流UPS方案具有如下特点：

（1）模块化冗余设计，无单点故障，保证系统的可靠性

（2）可在线维护，可带电插拔，维护工作简单快捷

（3）正常供电失电后蓄电池直接给驱动门机供电，无转换环节，不损失蓄电池容量，利用率更高。

（4）正常运行的时候蓄电池组因有隔离二极管不参与供电，能独立对蓄电池进行自动充放电管理，保证蓄电池的使用寿命。

2.2 交流UPS方案

交流380V市电经交流UPS整流、逆变后输出交流380V/220V电源至站台门就地用电单元，再经就地转换模块转换成110V直流电源后给驱动门机供电，当市电停电后，蓄电池组通过交流UPS逆变后输出交流380V/220V电源到站台门就地用电单元，再由就地转换模块转换成110V直流电源给驱动门机供电，设备原理框图如图3。

交流UPS方案具有如下特点：

（1）交流UPS可分为整机型和模块化UPS，如采用整机型的UPS，系统存在单点故障，降低系统的可靠性，同时整机型UPS不能做到带电插拔和在线维护，增加后期维护成本和工作量。

（2）停电后蓄电池需通过UPS逆变再由就地转换模块给驱动门机供电，通过了两次转换环节，增加了系统的故障率及损失蓄电池容量，降低了利用率

（3）由于每个驱动电机由单独的就地转换模块供电，无冗余，降低了可靠性，如果模块损坏，无法供电，影响运营，给后期维护带来不便

（4）对蓄电池组充电无精细化管理，影响蓄电池的使用寿命

2.3 对比分析

（1）直流UPS电源只经过一级转换，效率高于90%，交流UPS电源一般最大效率90%，再经过一级交直流转换，交流电源方案效率最大80%左右。

（2）直流UPS电源方案蓄电池不需要经过转换，交流UPS电源需要通过逆变和STS、交直流转换，在蓄电池使用率方面，直流方案优于交流方案。

（3）直流UPS电源方案中整流模块均N+1配置，只需要一次交直流转换，无单点故障；交流UPS电源做不到全部N+1配置，存在单点故障，停电时蓄电池需要通过逆变和STS两个部分才能供到母线，后面还需要通过一级交流转直流才能给门机供电，有3处单点故障；在可靠性方面直流方案优于交流方案。

（4）直流UPS电源方案中整流模块可以带电插拔，维护方便，不需要专业工程师来操作，交流电源做不到所有模块都带电插拔，维护周期较长。

（5）对蓄电池组的充放电管理，直流UPS电源方案比交流UPS电源方案做的更好，能更好地保证蓄电池的使用寿命。

（6）交流UPS电源方案需要的设备空间比直流UPS大，而且UPS一般尺寸都是非标准的柜体，直流UPS由于转换数量少，不需要旁路系统和STS切换系统，直流系统的需要的设备空间小，而且可以很方便的配置标准柜体。