程麗娜

（北京通號國鐵城市軌道技術(shù)有限公司，北京 100070）

電源功耗需求計算設(shè)計優(yōu)化

程麗娜

（北京通號國鐵城市軌道技術(shù)有限公司，北京 100070）

地鐵中電源屏容量計算是系統(tǒng)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)。地鐵項目中，電源屏的配置較多依據(jù)以往經(jīng)驗進(jìn)行，未形成標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)致電源系統(tǒng)成本也參差不齊。旨在通過現(xiàn)場實際測試和理論計算結(jié)合形成地鐵行業(yè)電源容量計算標(biāo)準(zhǔn)。

地鐵；電源配置；標(biāo)準(zhǔn)

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

1 轉(zhuǎn)轍機(jī)功耗計算現(xiàn)狀

在地鐵項目執(zhí)行中發(fā)現(xiàn)，各集成商提交的電源功耗明細(xì)相差較大，經(jīng)分析，主要是因為轉(zhuǎn)轍機(jī)功耗計算結(jié)果差別較大。根據(jù)2014年3月1日實施的《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB 50157-2013）有關(guān)規(guī)定，電動轉(zhuǎn)轍機(jī)納入UPS容量。按照此標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)轍機(jī)功耗大小影響項目成本更明顯。以兩組實際項目采集的數(shù)據(jù)，針對相同的轉(zhuǎn)轍機(jī)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(jié)果如表1、2所示。

2 影響轉(zhuǎn)轍機(jī)功耗計算因素

從表1、2可以看出：因為設(shè)計人員不同，同一集成商不同項目電源容量計算的結(jié)果差異很大。不同集成商的電源容量計算結(jié)果隨著轉(zhuǎn)轍機(jī)數(shù)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(zhuǎn)轍機(jī)容量計算對比

表2 不同集成商不同站型轉(zhuǎn)折機(jī)功耗對照

1） 地鐵行業(yè)缺失相關(guān)計算標(biāo)準(zhǔn)；

2） 設(shè)計人員經(jīng)驗不同，計算同時動作道岔數(shù)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(shù)量；

c.一條進(jìn)路中最多道岔動作數(shù)量；

d.上下行同時排列進(jìn)路時，兩條進(jìn)路中最多道岔動作數(shù)量；

3） 系統(tǒng)不同，電源產(chǎn)品不同，產(chǎn)品功能不相同；

4） 各子系統(tǒng)備用量重復(fù)計算。

轉(zhuǎn)轍機(jī)動作功耗的計算取決于以下因素：

轉(zhuǎn)轍機(jī)本身的工作電流I及工作電壓U；

道岔同時動作的組數(shù)定義N；

電源容量備用B%。

3 轉(zhuǎn)轍機(jī)功耗基礎(chǔ)計算方法

轉(zhuǎn)轍機(jī)（道岔按雙機(jī)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(shù)量，N×2為轉(zhuǎn)轍機(jī)數(shù)量。

根據(jù)以上功率計算公式，不同的設(shè)計人員計算轉(zhuǎn)轍機(jī)功耗過程差異分析如下。

設(shè)計場景如圖1所示。

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

圖1 XX站信號平面布置圖

3）設(shè)計者丙：考慮本站只有一條最多道岔同時動作的進(jìn)路，如X3517至X3505，同時動作道岔數(shù)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(shè)計者?。嚎紤]到聯(lián)鎖軟件對道岔動作做的錯峰處理，同時電路中對雙機(jī)中的一機(jī)二機(jī)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(shè)計者甲與丁計算結(jié)果相差4倍。

4 轉(zhuǎn)轍機(jī)功耗現(xiàn)場實際測試

基于以上各種計算差異方法，通過現(xiàn)場測試進(jìn)行實際比較。

在現(xiàn)場實際測試1組和5組道岔動作時，單機(jī)及雙機(jī)功耗值，如圖2，3所示。

圖2 一組道岔動作時單機(jī)的電流及功耗

現(xiàn)場測試記錄如表3所示。

圖3 5組道岔同時動作時雙機(jī)的電流及電壓

表3 轉(zhuǎn)轍機(jī)功耗現(xiàn)場測試記錄表

5 現(xiàn)場測試結(jié)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(shù)據(jù)的平均功率可以看出，道岔平均功率會隨著進(jìn)路中道岔的組數(shù)增加而遞減，如圖4所示。

圖4 道岔功耗與道岔數(shù)量關(guān)系曲線圖

表4 兩種計算公式功耗對照表

6 修正后轉(zhuǎn)轍機(jī)功耗計算方法

通過現(xiàn)場實際測試對轉(zhuǎn)轍機(jī)（道岔按雙機(jī)考慮）計算功率公式修訂為：

N為道岔數(shù)，取集中站一條進(jìn)路中涉及到的最多同時動作的道岔數(shù)量。

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

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

K為調(diào)整系數(shù)，K=10/（N+7.5）；

根據(jù)調(diào)查，由于各個子系統(tǒng)對電源做了富裕量要求，轉(zhuǎn)轍機(jī)的電源備用量可以考慮為0。

基于前后兩種轉(zhuǎn)轍機(jī)功耗計算公式的改進(jìn)對比如表4所示。

7 總結(jié)

基于目前還沒有正式地鐵標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范轉(zhuǎn)轍機(jī)功耗計算，筆者經(jīng)過現(xiàn)場測試、同時動作道岔可能性、合理的富余量考慮及各種數(shù)據(jù)比較，總結(jié)出轉(zhuǎn)轍機(jī)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(shè)計院.鐵路工程設(shè)計技術(shù)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(xiāng)建設(shè)部.GB50157-2013城市軌道交通技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

［3］北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司.信號電源系統(tǒng)設(shè)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）