地铁屏蔽门电源系统方案比较
摘 要：地铁屏蔽门系统由于其重要性，电源系统的可靠性尤为重要。在现有的屏蔽门电源方案中，常见的有交流供电和直流供电两种方式。文章详细介绍两种电源方案及其工作原理，重点对方案的失效模式进行分析，并从单点故障、功率变换、蓄电池可靠性，以及维护成本等多方面对两种方案进行了对比，直流供电系统可靠性高、投资小、维护方便，相对交流供电系统更有优势。
关键词：地铁屏蔽门；电源系统；直流；交流
地铁屏蔽门系统是20世纪80年代出现的一种安全装置，屏蔽门系统安装在地铁站台边缘，将站台公共区和列车运行区域隔开，在列车到达和出发时通过控制系统控制其自动开启，为乘客营造一个安全舒适的环境。安装地铁屏蔽门不仅能保障列车、乘客安全，还可以有效减少站台区与轨行区之间气流的交换，降低环控系统的运营能耗，并能减少噪声及活塞风对站台候车乘客的影响，改善乘客候车环境。同时，屏蔽门系统和安全门系统的设置也为轨道交通实现无人驾驶奠定了技术基础。随着广州地铁2号线成为第一条在国内加装屏蔽门的地铁线路，上海、深圳、天津、北京等城市的地铁也先后安装了屏蔽门，目前，屏蔽门系统由于其显著的优点，已广泛运用于国内的地铁项目。
1 屏蔽门电源系统
屏蔽门系统是一级用电负荷，由车站低压配电系统通过双电源切换箱提供两路的三相380 V交流输入电源给屏蔽门系统，一主一备互为备用、自动切换。屏蔽门系统电源由的驱动电源和控制电源两部分组成，总容量为24 kVA（两侧站台）或36 kVA（三侧站台）。
屏蔽门电源系统由双电源切换箱、配电盘、不间断电源等组成，设置于屏蔽门控制室内。交流停电后由不间断电源提供1 h电源，并能保证双侧门开关5次。
1.1 驱动电源
驱动电源对门机驱动设备供电，电压通常为DC110 V，驱动波型如图1所示。由于屏蔽门系统为地铁核心设备系统，为满足安全可靠、便于服务、随时现场扩容、易于管理、能远程监控和控制等要求，通常采用UPS在线式热插拔模块供电，以保证系统设备的可靠运行。
1.2 控制电源
控制电源对控制部分供电，电压通常为DC110 V和DC24 V，主要为屏蔽门系统的控制设备，如主控机（PSC）、站台端头控制盒（PSL）等供电。
2 屏蔽门电源供电方案
2.1 交流方案
2.1.1 交流方案工作原理
交流方案以在线式UPS为核心，配置AC/DC模块分别提供DC24 V和DC110 V电源，设备工作原理如图2所示。
2.1.2 工作描述
正常情况下，屏蔽门/安全门的驱动电源由主电源通过在线式UPS，经整流、逆变、输出隔离变压器等环节提供稳定交流电源，同时通过充电模块对蓄电池组进行充电。当主电源发生故障时，蓄电池组通过升压、逆变、输出隔离变压器提供交流电源。
这种方案中，UPS功率选型要满足开关门时最大冲击负荷的要求，UPS输出交流通过AC/DC模块提供DC110 V驱动电源，模块采用N+1备份，驱动AC/DC模块要按照开关门时最大冲击负荷要求选型；同时，UPS输出交流电源通过AC/DC模块分别提供控制用的DC24 V和DC110 V电源，此部分模块采用1+1备份。
2.1.3 方案失效分析
交流方案工作模式下，有以下几种情况可能导致方案失效：驱动AC/DC模块两个以上模块损坏（以只后备一个模块考虑，由于电池不是接在驱动母线上，无法提供驱动电源，无法自动工作）；交流停电，UPS逆变损坏；交流停电，电池升压部分损坏；交流停电，电池损坏；两个DC24 V控制供电模块损坏，无法提供DC24 V控制电源；两个DC110 V控制供电模块损坏，无法提供DC110 V控制电源。
2.2 直流方案
2.2.1 直流方案工作原理
直流方案以直流电源系统为核心，配置DC/DC模块提供DC24 V电源，设其备原理如图3所示。
2.2.2 工作描述
正常情况下，三相交流电源通过AC/DC模块提供DC110 V电源。AC/DC模块可分为两部分，一部分提供DC110 V驱动电源，模块采用N+1备份；另一部分提供DC110 V、DC24 V两种控制电源，同时为蓄电池组充电，模块采用N+1备份，其中DC24 V控制电源通过DC/DC模块供电，此部分DC/DC模块采用1+1备份。这两部分AC/DC模块间通过晶闸管连接，防止由于冲击负荷而引起的蓄电池组放电。交流停电时，蓄电池组直接为系统提供DC110 V驱动电源
及DC110 V、DC24 V控制电源。
2.2.3 方案失效分析
此种工作模式下，有以下几种情况导致方案失效：交流停电时，电池组损坏；两个DC24 V控制供电模块损坏，DC24V控制无法供电。
3 交、直流方案比较
3.1 单点故障及消除方法
在交流方案中，由于采用单台UPS供电，存在蓄电池组、升压模块、逆变模块三个单点故障点，而直流方案仅存在电池组一个单点故障点。
蓄电池组单点故障点为两个方案的共性问题，可以通过两组蓄电池组互为备用来消除，而交流方案中升压模块、逆变模块的单点故障消除只能通过UPS1+1冗余备份消除。
3.2 备用模式的可靠性
交流输入故障，由蓄电池组供电时，交流方案中的蓄电池组须经过升压、逆变和AC/DC模块供电，而直流方案中蓄电池组直接提供DC110 V电源。相比交流方案，直流方案无变换环节，备用模式可靠性更高。
3.3 功率变换的经济性
屏蔽门驱动负荷为冲击性负荷，其峰值功率要求较高。正常情况下，交流方案需经AC-AC（UPS）和AC/DC两级功率变换进行供电；直流方案仅需要AC/DC一级功率变换。交流方案变换功率为直流方案的1.7倍以上，而变换功率的大小与模块成本成正比，因此直流方案的投资更小。
3.4 其他
直流方案采用全模块化结构，模块均可带电热插拔，一方面方便现场维护检修，不需要专业技术人员的现场服务；另一方面备品备件通用性高，便于全线统一，有效降低工程投入。
4 结 语
综上所述，相对交流方案，直流方案供电可靠性高、投资少、方便维护运营，使用在地铁屏蔽门系统中具有比较明显的优势。本文虽仅是对目前市场主流的110 V直流供电的门机进行分析，而随着门机供电电源电压等级变化，设计方案会有所改变，但是我们仍可以按照以上思路进行分析讨论。不难看出，在同等条件下的地铁屏蔽门电源系统中，直流方案相对交流方案更有优势，推荐在地铁屏
蔽门电源系统中使用。
参考文献：
[1] 黄毅，任昕.地铁屏蔽门电源系统方案比较[J].现代城市轨道交通，2009，（3）.
