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中电华星地铁屏蔽门电源系统方案比较

中电华星地铁屏蔽门电源系统方案比较

中电华星 电源解决方案四月 17,2017

 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。

1 对屏蔽门电源的要求
据中电华星铁道电源专业电源工程师介绍,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。
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3~5 kW,启动瞬间达到8 ~40 kW;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80~150 W不等。门机驱动工作电压为DC110V时驱动波型如图1。
 
(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。
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。
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个模块以上,屏蔽门无法自动工作。
(2) AC380V交流停电时,电池升压部分损坏,不能供电。
(3) AC380V交流停电时,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 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。
 
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DC110V 驱动系统和DC110V 控制系统供电,并通过DC/DC 模块和DC/AC模块对DC24V控制系统和AC220V 控制台供电。
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,两个A C 2 2 0 V 控制供电模块损坏,AC220V 控制无供电。
3 两种电源方案的比较
(1) 单点故障。交流方案采用单台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现场服务,维护成本低。备件为标准模块,整条线路备件通用,备件成本低。
4 结论
据中电华星铁道电源专业电源工程师分析,用于屏蔽门的电源系统,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。更多铁道电源应用方案请联系中电华星铁道电源工程师。
 
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