許瓊果，劉光偉，周斌

(1.蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司，江蘇 蘇州 215026；2.國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210016)

交流供電系統(tǒng)中大量電力電子轉(zhuǎn)換裝置的使用，使得系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備間的交互作用越來越復(fù)雜，降低了系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，導(dǎo)致電能質(zhì)量下降，嚴(yán)重威脅著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。相比交流供電，直流供電系統(tǒng)在電能質(zhì)量及源荷兼容性方面優(yōu)勢(shì)顯著[1-3]，目前直流供電方式已經(jīng)在數(shù)據(jù)中心[4-5]、電動(dòng)汽車[6]、智能家居[7]、船舶供用電系統(tǒng)[8]以及軌道交通系統(tǒng)[9-10]中成功應(yīng)用。文獻(xiàn)[11]在“新基建”領(lǐng)域進(jìn)行了低壓直流供用電系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)分析，提出低壓直流供用電系統(tǒng)可直接助力“新基建”的發(fā)展，輔助或替代交流電源，并有望成為新型數(shù)字化供用電系統(tǒng)。

軌道交通具有污染小、能耗低、占用土地少等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，屬綠色環(huán)保交通體系，符合可持續(xù)發(fā)展的原則，已經(jīng)成為城市化進(jìn)程中不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[12]。城市軌道交通的光環(huán)境較為特殊，主要表現(xiàn)為沒有自然光導(dǎo)致車站內(nèi)外光照強(qiáng)度差異較大；因此，軌道交通照明系統(tǒng)需要進(jìn)行細(xì)致的設(shè)計(jì)，它對(duì)保障軌道交通運(yùn)營(yíng)安全、美化軌道交通運(yùn)營(yíng)環(huán)境，以及為乘客提供良好的乘坐體驗(yàn)起到至關(guān)重要的作用。隨著半導(dǎo)體器件工藝的發(fā)展和LED燈具全壽命周期綜合成本的下降，LED逐漸取代傳統(tǒng)熒光燈具成為理想的照明光源，促使直流供電照明系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)開始顯現(xiàn)。

綜上所述，直流供電照明系統(tǒng)作為重要發(fā)展方向，對(duì)軌道交通行業(yè)的健康發(fā)展、光環(huán)境質(zhì)量提高，以及降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本方面具有積極作用。本研究首先闡述直流照明系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，然后分別綜述低壓直流供電照明系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備研制情況，并結(jié)合工程實(shí)際展望軌道交通直流照明系統(tǒng)未來的研究，為后續(xù)軌道交通低壓直流照明系統(tǒng)的研究與應(yīng)用提供參考。

1 低壓直流照明發(fā)展現(xiàn)狀

軌道交通照明系統(tǒng)采用直流供電方式優(yōu)勢(shì)顯著，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

a)直流供電線路與大地隔離，實(shí)際應(yīng)用中直流發(fā)生的事故相比交流供電要少得多。

b)直流供電的燈具不需要整流模塊，解決了電解電容容易損壞的問題，延長(zhǎng)了燈具壽命。進(jìn)一步優(yōu)化，采用三相全波整流可大幅減少諧波含量，提高光線質(zhì)量。

c)直流配電可實(shí)現(xiàn)兩芯線供電，便于智能化控制。不存在相序問題也不需無功補(bǔ)償器件，減少投資。

鑒于此，許多國(guó)家致力于推廣應(yīng)用直流照明系統(tǒng)。本章綜合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料，在直流照明可靠性和LED燈具的驅(qū)動(dòng)電路研究2個(gè)方面展開綜述。

1.1 直流照明可靠性研究

目前，直流照明在市政設(shè)施、公路隧道、辦公大樓等公共場(chǎng)所的應(yīng)用相繼出現(xiàn)，為了提高直流照明系統(tǒng)的可靠性并延長(zhǎng)燈具使用壽命，學(xué)者們進(jìn)行了相關(guān)研究。文獻(xiàn)[13]考察了不同色溫LED路燈的照明性能，模擬具有不同相關(guān)色溫LED的光譜功率分布情況，并比較了它們的性能，最后提出色溫低于3 000 K的LED更適合于路燈照明。為了真正實(shí)現(xiàn)在照明領(lǐng)域的應(yīng)用，文獻(xiàn)[14]考慮到LED驅(qū)動(dòng)電源故障率高、維護(hù)難的問題，提出雙電平直流供電技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)大功率遠(yuǎn)距離輸電，通過改變驅(qū)動(dòng)電流占空比的方式控制LED發(fā)光效率和調(diào)光效果。

1.2 照明驅(qū)動(dòng)電路研究

驅(qū)動(dòng)電路在提高LED照明效率、降低功耗等方面發(fā)揮著重要作用，在直流照明驅(qū)動(dòng)電路的研究中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者取得了眾多研究成果。文獻(xiàn)[15]基于交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)和LLC諧振變換器，提出一種用于LED路燈驅(qū)動(dòng)的單級(jí)交直流變換器，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟開關(guān)，降低開關(guān)管的電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力，具有低成本和高效率的特點(diǎn)。文獻(xiàn)[16]將改進(jìn)的無橋式PFC交流-直流變換器與半橋式直流-直流諧振變換器集成到單級(jí)轉(zhuǎn)換電路拓?fù)渲校岢鲆环N新型的單級(jí)LED驅(qū)動(dòng)器(如圖1所示)，具備功率因數(shù)校正的功能，可應(yīng)用于路燈照明系統(tǒng)。

圖1 單級(jí)LED驅(qū)動(dòng)電路[16]Fig.1 Single-stage LED driver[16]

為了解決LED照明燈具在市電照明應(yīng)用中面臨的高降壓和多路驅(qū)動(dòng)等問題，文獻(xiàn)[17]提出一種高降壓恒流LED驅(qū)動(dòng)電源(拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示)，具有多路驅(qū)動(dòng)的功能，并可降低開關(guān)器件的電壓應(yīng)力。文獻(xiàn)[18]提出一種適用于路燈照明系統(tǒng)的LED兩級(jí)驅(qū)動(dòng)電路，前級(jí)使用常規(guī)的升壓變換器，后級(jí)采用不對(duì)稱半橋結(jié)構(gòu)(如圖3所示)，并根據(jù)街道照明應(yīng)用的需求和特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，能夠?qū)鲗?dǎo)損耗降至最低，此外構(gòu)建了暫態(tài)模型，用于設(shè)計(jì)過程中減少開關(guān)損耗。文獻(xiàn)[19]提出一種三級(jí)驅(qū)動(dòng)電路，由升壓變換器實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，由電子變壓器作為第2級(jí)實(shí)現(xiàn)電流隔離，第3級(jí)采用雙輸入Buck變換器用于消除低頻紋波，該驅(qū)動(dòng)電路不需要電解電容，可提高可靠性。

圖2 2路高降壓恒流LED驅(qū)動(dòng)電源[17]Fig.2 High step-down LED driver with dual-output[17]

圖3 后級(jí)非對(duì)稱半橋驅(qū)動(dòng)電路[18]Fig.3 Second-stage asymmetrical half bridge driver[18]

2 軌道交通中低壓直流照明系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 低壓直流照明系統(tǒng)的整流方案

目前有2種軌道交通全直流照明系統(tǒng)方案[20]：一種是直接將軌道交通主變電站提供的高壓電降壓至400 V，然后在變電所內(nèi)使用模塊化整流裝置集中整流[21]，并將整流后的直流電引至普通照明配電室和應(yīng)急照明配電室，在室內(nèi)實(shí)現(xiàn)電能的控制和進(jìn)一步分配；另一種是分散式整流，在不改變變電所內(nèi)設(shè)備結(jié)構(gòu)的前提下，將交流電從變電所引入普通照明配電室及應(yīng)急照明配電室，在各室內(nèi)整流裝置中實(shí)現(xiàn)集中整流、配電和控制[22]。

2.1.1 變電所集中整流方案

目前在軌道交通的變電所結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常常是在配電柜內(nèi)集中所有照明負(fù)荷，其變電所架構(gòu)如圖4所示。為了提高設(shè)備的可靠性和可維護(hù)性，在整流裝置中可以采用模塊化設(shè)計(jì)，將交流電整流為直流電之后再分配至各配電室。

圖4 變電所集中整流架構(gòu)[20]Fig.4 Framework of centralized rectifier in substation[20]

根據(jù)戶外照明的特點(diǎn)，文獻(xiàn)[23]采用了低壓直流集中供電方案，可有效滿足智慧城市道路照明需求，不僅能提高用電安全性，還能提高用電效率。文獻(xiàn)[24]在軌道交通的直流照明系統(tǒng)中也采用了集中式供電方案。根據(jù)當(dāng)前的應(yīng)用反饋[25]，軌道交通直流照明系統(tǒng)合理利用集中式供電方案，可以提高軌道交通照明系統(tǒng)的可靠性和管理效率，獨(dú)立性強(qiáng)，不易受到外界干擾，因此，其安全性和穩(wěn)定性表現(xiàn)較為突出。

在文獻(xiàn)[26-27]采用的變電所集中整流方案中，整流裝置需要放置在變電所內(nèi)，便于變電站集中諧波治理。集中整流方案可以提高檢修作業(yè)的獨(dú)立性，提高軌道交通照明系統(tǒng)的可靠性和靈活性，但其缺陷是投資比分散式供電方式要大些；因此，在客流量較大的軌道交通運(yùn)輸站內(nèi)采用集中式供電方式較為合適，截止目前，上海、廣州以及西安地鐵[28]等少數(shù)城市采用集中整流方案。

上海軌道交通14號(hào)線中寧路站采用變電所集中整流方案[29]。為了充分利用土地資源、減輕城市電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)、方便車站的運(yùn)營(yíng)管理，以及后期的拓展維護(hù)，該方案在車站地下2層處設(shè)置了專用的變電所設(shè)備用房，將照明配電箱置于其中，為軌道交通站內(nèi)的照明系統(tǒng)供電并進(jìn)行諧波處理，可在提高供電可靠性的同時(shí)，避免車站在不同發(fā)展時(shí)期輸電線路選擇問題。除此之外，該車站根據(jù)照明亮度和均勻度來選取公共區(qū)使用的LED燈具，可極大地提升乘客的舒適度。

2.1.2 分散整流方案

分散整流又稱配電室集中整流。與變電所集中整流不同的是，該整流方案是在配電室內(nèi)通過整流裝置將交流電整流成直流電，再重新分配至各燈具。

文獻(xiàn)[30-31]采用配電室集中整流方案，集中配置分散在每盞燈具末端的AC-DC模塊，統(tǒng)一整合在一套電氣設(shè)備中，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。該方案先將交流集中整流再輸出直流到各個(gè)燈具，即通過集中整流、分布驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)，為照明系統(tǒng)供電。

圖5 軌道交通直流集中控制原理[30]Fig.5 Schematic diagram of DC centralized control of rail transit[30]

合肥軌道交通4號(hào)線中創(chuàng)新大道站為避免調(diào)整變電站設(shè)備結(jié)構(gòu)[32]，照明配電方面采用分散式整流方案，在站廳和站臺(tái)的左右兩端分別安裝2套直流配電箱。由變電站提供的交流電源經(jīng)過上述直流配電箱的AC/DC模塊輸出直流電源，為站廳公共區(qū)域、站臺(tái)公共區(qū)域、車站出入口的直流LED燈供電，同時(shí)直流智能控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流LED燈具的按需控制，保證車站基本功能的正常運(yùn)行和車站人員的生命安全。

太原地鐵2號(hào)線車站的直流照明系統(tǒng)也采用了配電室集中整流方案[33]，通過在公共區(qū)照明系統(tǒng)設(shè)置2個(gè)直流集中供電箱，分別從2個(gè)總照明配電箱引電，交叉向公共區(qū)內(nèi)的照明設(shè)備供電。直流智慧照明控制系統(tǒng)可對(duì)LED燈具進(jìn)行智能化控制(例如智能調(diào)光、開關(guān)、數(shù)據(jù)采集、絕緣監(jiān)察、過壓過流短路等保護(hù))、故障報(bào)警、防雷等，從而實(shí)現(xiàn)直流照明控制單元的照明開、關(guān)、調(diào)光等每個(gè)回路的就地控制功能。配電室集中整流解決方案不僅應(yīng)用于城市軌道交通的直流照明系統(tǒng)，也應(yīng)用于隧道軌道交通的照明系統(tǒng)[34]。

2.1.3 整流方案小結(jié)

集中整流方案和分散整流方案目前都有項(xiàng)目在試用，集中整流方案可以提高照明系統(tǒng)的可靠性和靈活性，具有較大優(yōu)勢(shì)，該種方式也必將成為未來直流照明系統(tǒng)主流的供電方案。在降低造價(jià)的問題上，各城市可以根據(jù)現(xiàn)存變電站的位置規(guī)劃軌道交通站，或者將變電所建在軌道交通站的地下位置，在不影響軌道交通站正常運(yùn)行的同時(shí)也便于后期管理維護(hù)，盡可能提升整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。分散整流方案可以作為一種過渡方案，隨著試用項(xiàng)目所得經(jīng)驗(yàn)的積累和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的完善，過渡到變電所集中整流方案。

2.2 低壓直流系統(tǒng)與照明系統(tǒng)的接口類型

低壓直流系統(tǒng)與城市軌道交通照明系統(tǒng)的接口主要包括其與供電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)、接地系統(tǒng)以及施工安裝工程的接口，如圖6所示。以下對(duì)這幾種類型的主要接口進(jìn)行分析和梳理[35]。

圖6 軌道交通直流照明系統(tǒng)接口示意圖Fig.6 Schematic diagram of rail transit DC lighting system interface

2.2.1 與供電系統(tǒng)的接口

低壓直流供電系統(tǒng)直流母線的電壓經(jīng)配電變換器完成變換后，達(dá)到適用于軌道交通直流照明系統(tǒng)需要的電壓等級(jí)，而后通過接口與其連接在一起，為其提供優(yōu)質(zhì)的電能[36]；因此，此接口不僅要保障供電方提供的電能滿足用電可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性的要求[37]，而且使得用電方能夠合理地調(diào)配電能，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

2.2.2 與配電系統(tǒng)的接口

按照功能及重要性的不同，可將軌道交通低壓直流照明系統(tǒng)的照明負(fù)荷劃分為3級(jí)[38]，與配電系統(tǒng)銜接：一級(jí)負(fù)荷包括節(jié)電照明、公共區(qū)照明、疏散指示照明以及發(fā)生事故時(shí)緊急照明等，一級(jí)負(fù)荷重要等級(jí)非常高，應(yīng)配備備用電源保證供電的連續(xù)性；二級(jí)負(fù)荷包括設(shè)備區(qū)一般照明以及各類指示牌照明，其對(duì)供電指標(biāo)具有較高要求[39]；三級(jí)負(fù)荷包括廣告照明等，可根據(jù)需求將其關(guān)斷。配電接口的功能是為照明系統(tǒng)各等級(jí)負(fù)荷及相應(yīng)的配套設(shè)施提供電能，保障各工作區(qū)按要求工作。

2.2.3 與弱電系統(tǒng)的接口

軌道交通低壓直流照明系統(tǒng)與弱電系統(tǒng)的接口，主要包括與監(jiān)控設(shè)備以及通信系統(tǒng)的接口。面臨突發(fā)災(zāi)害時(shí)，控制室能合理調(diào)配各照明設(shè)備諸如應(yīng)急安全指示燈及后備電源等，及時(shí)有效地疏散乘客，提高城市軌道交通系統(tǒng)的安全性[40]。通信系統(tǒng)可通過信號(hào)的反饋控制相應(yīng)的照明系統(tǒng)，尤其是未來將要推廣應(yīng)用的5G技術(shù)將更加迅速準(zhǔn)確地傳遞信號(hào)[41]，照明區(qū)域一旦接受到相關(guān)信號(hào)，會(huì)立即控制該區(qū)域的照明系統(tǒng)的LED燈，大幅提高旅客出行的舒適性。通過車站照明系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)的結(jié)合，不但可以大幅降低系統(tǒng)造價(jià)，增加系統(tǒng)維護(hù)的便捷性，同時(shí)也有利于控制和管理整個(gè)車站。

2.2.4 與接地系統(tǒng)的接口

接地系統(tǒng)接口的主要功能是為直流供電系統(tǒng)及照明系統(tǒng)的各種設(shè)備提供接地點(diǎn)，從而保證各系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行安全，并且保證極端情況下的人身安全[42-43]。根據(jù)系統(tǒng)的供電連續(xù)性與對(duì)人體安全的要求來選取接地形式，重點(diǎn)考慮人身安全。在保障接地系統(tǒng)安全可靠的情況下可兼顧經(jīng)濟(jì)性，逐步優(yōu)化系統(tǒng)的建造。

2.2.5 與施工安裝工程的接口

施工安裝接口基本涵蓋軌道交通各直流照明系統(tǒng)的全部范圍，同時(shí)要兼顧諸如與自動(dòng)扶梯、電梯等設(shè)備的接口。只要有照明系統(tǒng)設(shè)備的地方，都應(yīng)預(yù)先設(shè)置好與直流母線配電的接口。接口的位置即照明設(shè)備安裝布放的位置，不僅要充分考慮到后期維護(hù)的便捷性，還應(yīng)在此基礎(chǔ)上做美觀處理，并注意接口位置的隱蔽性，提升旅客及工作人員的舒適度[44]。

3 軌道交通低壓直流照明系統(tǒng)電氣保護(hù)設(shè)備

3.1 LED燈具

軌道交通的照明系統(tǒng)多采用直流電源，通過DC/DC降壓轉(zhuǎn)換電路后連接照明燈具，可以有效簡(jiǎn)化電路，減少燈具損耗，提高電能質(zhì)量和用電安全，與LED燈具有較高的契合度[45]。LED燈具在軌道交通照明中的應(yīng)用日趨廣泛，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近年來軌道交通的照明系統(tǒng)中約80%的光源為L(zhǎng)ED光源，在公共區(qū)的使用率達(dá)到了100%，在設(shè)備區(qū)大部分使用LED光源，在廣告和導(dǎo)向方面的照明也基本使用LED光源。

城市軌道交通的照明產(chǎn)品多選用以白光LED為光源的成套LED綜合節(jié)能照明裝置，其具有節(jié)能高效、防潮濕、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，方便安裝和更換[46]。南寧市軌道交通1號(hào)線[47]、廣州市軌道交通21號(hào)線[48]和上海地鐵12號(hào)線[49]等交通站點(diǎn)的公共區(qū)均大面積采用LED光源，通過使用配套的控制系統(tǒng)充分發(fā)揮LED在照明方面的優(yōu)勢(shì)，在提高乘客舒適度的前提下大幅降低能源的消耗。

3.2 直流斷路器

直流斷路器作為直流電網(wǎng)中有選擇性隔離直流側(cè)故障的關(guān)鍵設(shè)備，已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)[50-51]。目前已經(jīng)提出的直流斷路器主要分為3種類型，分別是機(jī)械式直流斷路器、固態(tài)直流斷路器和混合式直流斷路器[52]。

常規(guī)的機(jī)械式直流斷路器損耗低，但響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較慢且電流分?jǐn)嗄芰^差[53]。文獻(xiàn)[54]提出一種改進(jìn)的機(jī)械式直流斷路器(如圖7所示)，其可以在使用低額定功率機(jī)械開關(guān)的同時(shí)，中斷較高的直流電壓/電流，使其保持較低的成本且電壓變化率始終保持在較低的水平。該改進(jìn)方法也可以應(yīng)用于混合式直流斷路器中。

圖7 機(jī)械式直流斷路器[54]Fig.7 Mechanical DC circuit breaker[54]

固態(tài)直流斷路器用靜態(tài)半導(dǎo)體開關(guān)替換機(jī)械開關(guān)，具有較低的導(dǎo)通損耗，可用于電壓更高的場(chǎng)所中。文獻(xiàn)[55]研究出一種全固態(tài)直流斷路器，開關(guān)元件選用了絕緣柵雙極晶體管(insulate-gate bipolar transistor，IGBT)，可以快速分?jǐn)喙收?，但仍存在成本過高的缺點(diǎn)。

混合直流斷路器是將機(jī)械斷路器與固態(tài)斷路器結(jié)合的新型斷路器[56-57]，穩(wěn)態(tài)過程主要依靠機(jī)械開關(guān)，動(dòng)態(tài)過程主要依靠靜態(tài)半導(dǎo)體開關(guān)[58]。文獻(xiàn)[59]針對(duì)電感故障電流，提出一種使用雙滅磁器和消弧電路的混合式直流斷路器(如圖8所示)，能夠有效減少直流斷路器在感性負(fù)載下的跳閘時(shí)間和電弧電壓。

圖8 混合式直流斷路器[59]Fig.8 Hybrid extinguishing DC circuit breaker[59]

對(duì)于軌道交通的低壓直流照明系統(tǒng)，在斷路器選型方面應(yīng)切實(shí)考慮系統(tǒng)的接地形式、額定電壓等級(jí)、負(fù)載電流和安裝處的預(yù)期短路電流，同時(shí)需根據(jù)正負(fù)極性接線，以保證供電可靠性。此外，目前應(yīng)用于軌道交通中直流斷路器的研究主要存在的問題是缺少實(shí)際應(yīng)用樣本量，受限于參數(shù)估計(jì)方法和故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分類。為了解決上述問題，可進(jìn)行如下改進(jìn)：將同型號(hào)低壓直流斷路器和相似項(xiàng)目的失效數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，同時(shí)增大時(shí)間跨度來提高樣本量；將多種參數(shù)估計(jì)方法進(jìn)行對(duì)比以提高參數(shù)估計(jì)的準(zhǔn)確性；將失效模型應(yīng)用于數(shù)據(jù)分類，改進(jìn)設(shè)計(jì)階段的元器件失效率預(yù)測(cè)結(jié)果、失效模式影響及危害度分析，提高設(shè)計(jì)的可靠性。

3.3 剩余電流保護(hù)裝置

在城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)的插座回路、室外照明、室內(nèi)照明、廣告照明，以及潮濕環(huán)境的配電回路中，均需要采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)裝置[60]，其可以預(yù)防各類電氣事故的發(fā)生，及時(shí)切斷電路，保障人員和設(shè)備的安全[61]。剩余電流保護(hù)裝置的原理如圖9所示。

圖9 剩余電流保護(hù)裝置的原理[61]Fig.9 Principle chart of residual current protection device[61]

根據(jù)剩余電流保護(hù)裝置的工作原理可以分為電壓動(dòng)作型和電流動(dòng)作型，其中電壓動(dòng)作型存在著許多不足，因此主要使用的是電流動(dòng)作型。在電流動(dòng)作型基礎(chǔ)上，又相繼研究出了脈沖動(dòng)作型、鑒幅鑒相動(dòng)作型和電流分離型等[62]。

常規(guī)的電流動(dòng)作型剩余電流保護(hù)裝置只能進(jìn)行局部檢測(cè)，存在保護(hù)死區(qū)，在實(shí)際應(yīng)用中容易出現(xiàn)拒動(dòng)、誤動(dòng)等現(xiàn)象。脈沖動(dòng)作型剩余電流保護(hù)裝置是利用觸電電流或漏電故障電流為突變信號(hào)這一特征設(shè)計(jì)制作的，存在2個(gè)動(dòng)作區(qū)，可以有效縮短動(dòng)作死區(qū)，但不能從根本上消除裝置的動(dòng)作死區(qū)[62]。

在脈沖動(dòng)作型剩余電流保護(hù)裝置的基礎(chǔ)上，采用鑒相技術(shù)提出了一種可區(qū)分電流幅值和相位的剩余電流保護(hù)裝置[63-64]。雖然其運(yùn)行特性仍不理想，但對(duì)比脈沖動(dòng)作型剩余電流保護(hù)裝置，其能夠進(jìn)一步減少動(dòng)作死區(qū)。

對(duì)于電流分離型剩余電流保護(hù)裝置，文獻(xiàn)[65]提出了一種結(jié)合小波變換、李雅普諾夫指數(shù)和混沌理論的方法，通過對(duì)總剩余電流信息進(jìn)行消噪和濾波，分離出觸電信號(hào)，進(jìn)而控制系統(tǒng)的保護(hù)裝置。該方法可以有效提升系統(tǒng)的安全性，解決誤動(dòng)作和正確投運(yùn)率低的問題。

當(dāng)前階段剩余電流保護(hù)裝置的保護(hù)特性均不理想，根本原因是觸電信號(hào)的檢測(cè)和處理存在缺陷，從而制約觸電保護(hù)動(dòng)作。隨著單片機(jī)技術(shù)在電氣裝置領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，電氣設(shè)備的發(fā)展方向趨向于數(shù)字化和智能化，而智能化剩余電流保護(hù)裝置成為目前的研究熱點(diǎn)。單片機(jī)控制可以有效簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，提高信號(hào)檢測(cè)的精度，提升抗干擾性能，若將其與剩余電流保護(hù)裝置的分離機(jī)理相結(jié)合，可以有效實(shí)現(xiàn)剩余電流保護(hù)裝置的延時(shí)動(dòng)作、自動(dòng)重合閘、漏電流的存儲(chǔ)和數(shù)字顯示、保護(hù)器間通信等功能的智能化，有效解決剩余電流保護(hù)裝置的死區(qū)問題。

4 展望分析

4.1 完善軌道交通直流照明系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系

我國(guó)軌道交通直流照明系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，正隨著城市軌道交通技術(shù)的進(jìn)步和建設(shè)的快速發(fā)展穩(wěn)步推進(jìn)，可以將其分為照明配電箱標(biāo)準(zhǔn)化、控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化、照明燈具標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)配電箱體進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，可以有效減少城市軌道交通照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造及后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)的工作量。此外，為了實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化，可將照明控制系統(tǒng)的各個(gè)控制模塊統(tǒng)一安裝到照明控制箱中，實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)控制目的同時(shí)，有效簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少系統(tǒng)接口。實(shí)現(xiàn)照明燈具的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)從其設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造的各個(gè)過程入手，目前IEC、美國(guó)和日本都已制定了LED相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)雖也制定了一些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但存在標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的內(nèi)容重復(fù)或矛盾的問題，需進(jìn)行進(jìn)一步修訂。將標(biāo)準(zhǔn)化落實(shí)到實(shí)際中可以有效縮短設(shè)計(jì)周期，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)制造成本，降低后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)與管理的成本。

4.2 建立可信度高的軌道交通直流照明系統(tǒng)故障診斷模型

隨著我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的提出，各行各業(yè)均向著低碳方向轉(zhuǎn)型。軌道交通直流照明系統(tǒng)作為新型的照明方式，可以有效降低碳排放量，符合國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略，也越來越多地影響著乘客的舒適度及車輛的安全行駛。建立可信度高的軌道交通直流照明系統(tǒng)故障診斷模型，一方面能夠精準(zhǔn)診斷照明系統(tǒng)中發(fā)生的故障，另一方面還可以預(yù)測(cè)將要發(fā)生的故障，配合檢修人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除隱患，對(duì)于軌道交通行業(yè)的發(fā)展大有裨益。目前尚無研究構(gòu)建應(yīng)用于軌道交通直流照明系統(tǒng)的故障診斷模型，建立可信度高的故障診斷模型，有利于降低軌道交通站的事故概率和人工成本。

4.3 軌道交通直流照明系統(tǒng)健康狀態(tài)評(píng)估

對(duì)照明系統(tǒng)中各設(shè)備(尤其是供電系統(tǒng)中變壓器以及照明系統(tǒng)中整流設(shè)備)的健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，可以有效降低照明故障發(fā)生的概率。此外，處于正常運(yùn)營(yíng)情況下的軌道交通站，不可避免會(huì)有突發(fā)事故的發(fā)生，而有效的直流照明系統(tǒng)健康評(píng)估方法可以通過科學(xué)的方法統(tǒng)籌站內(nèi)各種資源，既提高軌道交通站的運(yùn)營(yíng)安全性，又最小化突發(fā)事故造成的影響，最大程度上保障市民的人身安全。目前尚無研究建立針對(duì)于軌道交通直流照明系統(tǒng)的健康狀態(tài)評(píng)估體系，因此需對(duì)此深入研究，有助于軌道交通系統(tǒng)的健康發(fā)展。

5 結(jié)束語(yǔ)

城市軌道交通的發(fā)展日新月異，對(duì)于軌道交通低壓直流照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考量也在不斷完善，不但要簡(jiǎn)單、可靠，便于運(yùn)營(yíng)維護(hù)，而且要適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需要。本文從直流照明系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性、照明驅(qū)動(dòng)電路、整流方案、接口類型，以及保護(hù)設(shè)備等多方面對(duì)軌道交通低壓直流照明系統(tǒng)進(jìn)行了闡述。在實(shí)際工程應(yīng)用中，軌道交通低壓直流照明系統(tǒng)需結(jié)合實(shí)際情況靈活設(shè)計(jì)，不斷引入新技術(shù)、新材料，并在發(fā)現(xiàn)問題時(shí)不斷反饋調(diào)整，積累經(jīng)驗(yàn)，保證照明技術(shù)更好地發(fā)展。