摘 要本文針對(duì)站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)的電源方案的高安全性、高可靠性的要求，首先對(duì)交流和直流電源方案進(jìn)行了對(duì)比研究，最終通過(guò)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(yōu)勢(shì)，為軌道交通站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)電源的供貨提供了理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】站臺(tái)門(mén)系統(tǒng) 電源方案 對(duì)比研究

1 概述

軌道交通系統(tǒng)為了保障安全、高效的運(yùn)行，采用在站臺(tái)和列車(chē)之間使用站臺(tái)門(mén)，站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)部分、控制部分、電源部分構(gòu)成，站臺(tái)門(mén)電源要求對(duì)驅(qū)動(dòng)部分、控制部分和信號(hào)接口部分提供穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)和在交流停電情況下提供一定時(shí)間的后備安全供電。

軌道交通系統(tǒng)使用設(shè)備要求高安全性、高可靠性，電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮可靠性、安全性，滿足站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)的可靠性和安全性的要求。

站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)用電設(shè)備包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制主機(jī)及就地控制單元等，由于直流電機(jī)具有良好的啟動(dòng)機(jī)械性能，可以滿足站臺(tái)門(mén)反復(fù)間歇開(kāi)/關(guān)門(mén)的動(dòng)作要求，因此目前軌道交通站臺(tái)門(mén)一般選用直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，電機(jī)供電電壓通常為DC110V（驅(qū)動(dòng)波型如圖1），站臺(tái)門(mén)的負(fù)載特性主要表現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)負(fù)載沖擊性較大的特點(diǎn)，而由控制電源負(fù)載一般波動(dòng)不大；控制部分供電電壓通常為直流110V和24V，在站臺(tái)門(mén)不動(dòng)作時(shí)系統(tǒng)提供功率3-5KW，在站臺(tái)門(mén)動(dòng)作時(shí)最大功率8KW-40KW（門(mén)配置不同）交流停電后提供0.5小時(shí)-1小時(shí)并能保證雙側(cè)門(mén)開(kāi)關(guān)5次。

2 電源方案對(duì)比分析

電源系統(tǒng)是由驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)和控制電源獨(dú)立配置蓄電池組、電源模塊、配電回路，由一套監(jiān)控系統(tǒng)集中管理；根據(jù)站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電源，在國(guó)內(nèi)的地鐵應(yīng)用中按電壓等級(jí)大致可分為直流100V、48V和24V；控制電源是給站臺(tái)門(mén)控制系統(tǒng)的中央控制盤(pán)、就地控制盤(pán)、就地控制盒等供電，控制電源按電壓等級(jí)大致可分為直流110V、24V和交流220V這三種電壓；站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)設(shè)備不同，要求的參數(shù)也不一樣。以100V驅(qū)動(dòng)電機(jī)電壓為例說(shuō)明電源方案。

2.1 直流UPS方案

交流380V市電輸入驅(qū)動(dòng)電源后分別給整流模塊和充電模塊供電，經(jīng)整流模塊轉(zhuǎn)換成110V直流電源直接供給驅(qū)動(dòng)門(mén)機(jī)，經(jīng)充電模塊轉(zhuǎn)換成108V直流電源給蓄電池組充電。當(dāng)市電停電后，蓄電池組通過(guò)二極管給驅(qū)動(dòng)門(mén)機(jī)供電，原理框圖如圖2。

直流UPS方案具有如下特點(diǎn)：

（1）模塊化冗余設(shè)計(jì)，無(wú)單點(diǎn)故障，保證系統(tǒng)的可靠性

（2）可在線維護(hù)，可帶電插拔，維護(hù)工作簡(jiǎn)單快捷

（3）正常供電失電后蓄電池直接給驅(qū)動(dòng)門(mén)機(jī)供電，無(wú)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，不損失蓄電池容量，利用率更高。

（4）正常運(yùn)行的時(shí)候蓄電池組因有隔離二極管不參與供電，能獨(dú)立對(duì)蓄電池進(jìn)行自動(dòng)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(jīng)交流UPS整流、逆變后輸出交流380V/220V電源至站臺(tái)門(mén)就地用電單元，再經(jīng)就地轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成110V直流電源后給驅(qū)動(dòng)門(mén)機(jī)供電，當(dāng)市電停電后，蓄電池組通過(guò)交流UPS逆變后輸出交流380V/220V電源到站臺(tái)門(mén)就地用電單元，再由就地轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成110V直流電源給驅(qū)動(dòng)門(mén)機(jī)供電，設(shè)備原理框圖如圖3。

交流UPS方案具有如下特點(diǎn)：

（1）交流UPS可分為整機(jī)型和模塊化UPS，如采用整機(jī)型的UPS，系統(tǒng)存在單點(diǎn)故障，降低系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)整機(jī)型UPS不能做到帶電插拔和在線維護(hù)，增加后期維護(hù)成本和工作量。

（2）停電后蓄電池需通過(guò)UPS逆變?cè)儆删偷剞D(zhuǎn)換模塊給驅(qū)動(dòng)門(mén)機(jī)供電，通過(guò)了兩次轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，增加了系統(tǒng)的故障率及損失蓄電池容量，降低了利用率

（3）由于每個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)由單獨(dú)的就地轉(zhuǎn)換模塊供電，無(wú)冗余，降低了可靠性，如果模塊損壞，無(wú)法供電，影響運(yùn)營(yíng)，給后期維護(hù)帶來(lái)不便

（4）對(duì)蓄電池組充電無(wú)精細(xì)化管理，影響蓄電池的使用壽命

2.3 對(duì)比分析

（1）直流UPS電源只經(jīng)過(guò)一級(jí)轉(zhuǎn)換，效率高于90%，交流UPS電源一般最大效率90%，再經(jīng)過(guò)一級(jí)交直流轉(zhuǎn)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(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，交流UPS電源需要通過(guò)逆變和STS、交直流轉(zhuǎn)換，在蓄電池使用率方面，直流方案優(yōu)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(zhuǎn)換，無(wú)單點(diǎn)故障；交流UPS電源做不到全部N+1配置，存在單點(diǎn)故障，停電時(shí)蓄電池需要通過(guò)逆變和STS兩個(gè)部分才能供到母線，后面還需要通過(guò)一級(jí)交流轉(zhuǎn)直流才能給門(mén)機(jī)供電，有3處單點(diǎn)故障；在可靠性方面直流方案優(yōu)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(hù)方便，不需要專業(yè)工程師來(lái)操作，交流電源做不到所有模塊都帶電插拔，維護(hù)周期較長(zhǎng)。

（5）對(duì)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(shè)備空間比直流UPS大，而且UPS一般尺寸都是非標(biāo)準(zhǔn)的柜體，直流UPS由于轉(zhuǎn)換數(shù)量少，不需要旁路系統(tǒng)和STS切換系統(tǒng)，直流系統(tǒng)的需要的設(shè)備空間小，而且可以很方便的配置標(biāo)準(zhǔn)柜體。

3 結(jié)論

綜上對(duì)比分析，直流UPS在使用效率、可靠性、可維護(hù)性、運(yùn)營(yíng)成本、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化等方面有優(yōu)勢(shì)，可以作為軌道交通站臺(tái)門(mén)系統(tǒng)電源的主要實(shí)施方案。

作者簡(jiǎn)介

陳樹(shù)亮（1981-），男?，F(xiàn)為中鐵六院中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司工程師。研究方向?yàn)檐壍澜煌ㄕ九_(tái)設(shè)備智能化研究。

作者單位

中鐵六院中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 天津市 300250