地铁屏蔽门电源系统方案比较
技术装备
地铁屏蔽门电源系统方案比较
黄毅
任昕
摘要：简要介绍地铁屏蔽门系统常用的交流、直流两种电源方案特
（４）电源系统需要配置ＵＰＳ电源。交流停电后提供０．５～１ｈ供电，并能保证双侧门开关５次。
点，对两种电源方案进行探讨和比较。
关键词：屏蔽门；电源；交流；直流；方案；比较地铁站台屏蔽门系统由驱动系统、控制系统和电源系统构成。屏蔽门电源系统为其驱动、控制系统供电并在交流停电情况下具备一定时间的后备安全供电能力。地铁屏蔽门电源必须采用高可靠性的成熟产品，系统无单点故障，满足安全标准要求和电磁兼容要求。
开门过程
Ｉ／Ａ３Ａ，０．３ｓ
工作电压：ＤＣ１１０Ｖ３Ａ，０．３ｓ
２屏蔽门电源系统供电方案及
失效模式
地铁屏蔽门电源系统一般有交流ＵＰＳ和直流ＵＰＳ两种方案。
０．６Ａ，６ｓ
０．２３Ａ
０．６Ａ，６ｓ
０．２３Ａ
关门过程
Ｔ／ｓ
２．１交流方案
２．１．１系统构成
采用在线ＵＰＳ为核心，提供ＡＣ２２０Ｖ电力，配置ＡＣ／ＤＣ模块，提供ＤＣ１１０Ｖ、ＤＣ２４Ｖ电力，系统原理框图如图２。２．１．２电源系统工作描述
三相交流通过在线ＵＰＳ进行整流、逆变、隔离变压过程后输出稳定的交流电，同时通过充电模块对电池充电，在三相交流停电时，电
ＡＣ／ＤＣ模块
ＤＣ１１０Ｖ驱动
ＡＣ／ＤＣ模块
图１
屏蔽门驱动波形
（２）对屏蔽门控制系统供电通常为ＤＣ１１０Ｖ和ＤＣ２４Ｖ。一般采用ＤＣ２４Ｖ，由于地铁站台比较长，部分厂家在安全回路会采用比较高的直流电压。
（３）对屏蔽门系统的监控工控机，采用ＡＣ２２０Ｖ供电和ＤＣ２４Ｖ供电。对控制台供电，通常为ＡＣ２２０Ｖ。
１ 对屏蔽门电源的要求
通常屏蔽门电源系统分为驱动电源和控制电源，在国内采用驱动和控制电源独立的方式较多。
（１）对门机电机驱动电源，由于要求启动快、动作迅速，所有屏蔽门均采用直流电机，因此，驱动电源需要满足直流电机启动的冲击特性需求，在屏蔽门正常动作时，电源系统提供功率３～５ｋＷ，启动瞬间达到８～４０ｋＷ；门机驱动电机通常有ＤＣ１１０Ｖ和ＤＣ４８Ｖ两种电压等级，单台标称电机功率在８０～１５０Ｗ不等。门机驱动工作电压为ＤＣ１１０Ｖ时驱动波型如图１。
ＡＣ３８０Ｖ
整流
滤波逆变隔离升压
ＡＣ／ＤＣ模块ＡＣ／ＤＣ模块
ＤＣ１１０Ｖ控制
充电升压电池
ＵＰＳ
ＡＣ／ＤＣ模块ＡＣ／ＤＣ模块
ＤＣ２４Ｖ控制ＤＣ２２０Ｖ控制
图２交流方案原理框图
黄 毅：沈阳地铁有限公司设备处，助理工程师，沈阳 １１００１１
现代城市轨道交通3/2009MODERN U RBAN TRANSIT
技术装备
池的直流电经升压、逆变、隔离变压变为交流电，保证驱动、控制系统用电。ＵＰＳ功率要满足开关门时最大冲击功率要求。交流电通过ＡＣ／ＤＣ模块提供控制系统用ＤＣ２４Ｖ和ＤＣ１１０Ｖ，模块采用１＋１备份；交流电通过ＡＣ／ＤＣ模块提供驱动系统用ＤＣ１１０Ｖ，模块采用Ｎ＋１备份，驱动系统用ＡＣ／ＤＣ模块要满足开关门时最大冲击功率要求。
２．１．３方案失效模式
（１） 驱动ＡＣ／ＤＣ模块损坏２（２） ＡＣ３８０Ｖ交流停电时，电池升压部分损坏，不能供电。ＵＰＳ逆变损坏，不能供电。
（４） ＡＣ３８０Ｖ交流停电时，电池损坏，不能供电。
（５） 两个ＤＣ２４Ｖ控制供电模块损坏，ＤＣ２４Ｖ控制无供电。
（６） 两个ＤＣ１１０Ｖ控制供电模块损坏，ＤＣ１１０Ｖ控制无供电。
２．２．２电源系统工作描述
三相交流ＡＣ３８０Ｖ通过ＡＣ／ＤＣ模块输出ＤＣ１１０Ｖ。ＡＣ／ＤＣ模块分为两部分：一部分模块输出为电池充电并为ＤＣ１１０Ｖ控制系统供电，此部分模块采用Ｎ＋１备份；另一部分模块输出为ＤＣ１１０Ｖ驱动系统供电，此部分模块也采用Ｎ＋１备份。使用ＤＣ／ＤＣ模块，提供ＤＣ２４Ｖ控制系统用电，模块１＋１备份。使用ＤＣ／ＡＣ模块，提供ＡＣ２２０Ｖ控制台用电，模块１＋１备份。在三相交流ＡＣ３８０Ｖ停电时，电池直接对系统供电，并通过ＤＣ／ＤＣ模块和ＤＣ／ＡＣ模块对ＤＣ２４Ｖ控制系统和２．２．３方案失效模式
（１）ＡＣ３８０Ｖ交流停电时，电池损坏，不能供电。
（２）两个ＤＣ２４Ｖ控制供电模块损坏，ＤＣ２４Ｖ控制无供电。
（３）ＡＣ３８０Ｖ交流停电时，两ＡＣ２２０Ｖ控制无供电。
地铁屏蔽门电源系统方案比较黄毅等
点故障点通过双组电池备用可以消除。交流方案要消除单点故障需要ＵＰＳ １＋１备份。
（２）功率变换。由于驱动供电的特殊性（峰值功率要求高），交流方案在正常情况下需要经过２级功率变换提供驱动供电，即ＡＣ／ＡＣ（ＵＰＳ）和ＡＣ／ＤＣ变换；直流方案只需要ＡＣ／ＤＣ一级功率变换。综合评估，交流方案变换功率为直流系统的１．７倍以上；而变换功率的大小与成本密切相关；因此，直流方案的投资较小。
（３）电池备用的可靠性。交流方案电池后备供电需要经过电池升压、逆变和ＡＣ／ＤＣ模块对外供电，经过的电源变换环节多。直流方案电池直接对ＤＣ１１０Ｖ供电，无变换环节。因此，直流方案电池后备更可靠。
（４）直流方案模块化技术成熟，采用全模块化结构，模块可带电插拔，维护方便，不需要专业技术人员模块，整条线路备件通用，备件成本低。
个模块以上，屏蔽门无法自动工作。ＤＣ１１０Ｖ驱动系统和ＤＣ１１０Ｖ控制
（３） ＡＣ３８０Ｖ交流停电时，ＡＣ２２０Ｖ控制台供电。
维护成本低。备件为标准个ＡＣ２２０Ｖ控制供电模块损坏，现场服务，
２．２直流方案
２．２．１系统构成
系统配置ＡＣ／ＤＣ整流模块，输出ＤＣ１１０Ｖ；再配置ＤＣ／ＤＣ模块，提供ＤＣ２４Ｖ电力，配置ＤＣ／ＡＣ模块，提供ＡＣ２２０Ｖ电力；方案原理框图如图３。
３两种电源方案的比较
（１）单点故障。交流方案采用
４结论
综上分析，用于屏蔽门的电源
单台ＵＰＳ供电存在３个单点故障点，即电池、电池升压和逆变。直流方案只存在电池１个单点故障点。电池单
系统，直流方案具有可靠性高、投资小、维护要求低、维修和备件成本低的特点，与交流方案比较具有较大的优势。以上分析只考虑门机为１１０Ｖ直流供电的情况，门机供电采用其他电压等级，在方案设计中会有一些区别，但可以按上述方法分析。在同等条件下，直流方案比交流方案具有优势。
收稿日期２００９－０３－０２
ＡＣ／ＤＣ模块
ＡＣ３８０Ｖ
ＤＣ１１０Ｖ驱动
ＡＣ／ＤＣ模块ＡＣ／ＤＣ模块
ＤＣ／ＤＣ模块ＤＣ／ＤＣ模块
ＡＣ／ＤＣ模块
电池
ＤＣ／ＡＣ模块ＤＣ／ＡＣ模块
ＤＣ１１０Ｖ控制
ＤＣ２４Ｖ控制
ＡＣ２２０Ｖ控制
图３直流方案原理框图
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