屏蔽门模块化直流电源系统的应用研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 屏蔽门模块化直流电源系统的应用 研究 摘要：屏蔽门进入国内轨道交 通行业已有多年，随着参与屏蔽门产品 开发的厂家越来越多，屏蔽门的功能及 结构设计均呈现多样化的趋势。作为屏 蔽门的动力核心，屏蔽门电源系统结构 也产生了更多的形式。本文现针对模块 化直流电源系统在地铁屏蔽门的应用情 况进行分析。 中国论文网 /2/view-12897287.htm Abstract: The platform screen door into the domestic railway transit industry for many years, with the participation of the platform screen door product development of manufacturers more and -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 more, and the function of the platform screen door and structure design have has diversified trend. As the power of the platform screen door core, the power of the platform screen door system structure also produced a more form. This paper analyzes the application ofmodular dc power system in the platform screen door. 关键词 模块化 直流电源系统 屏蔽门 中图分类号：TL503.5 文献标识 码：A 文章编号： Key words: modular, dc power system , platform screen door 1 引言 近年来，由于屏蔽门俱有保障列 车乘客上下车的安全的功能，屏蔽门已 被广泛应用于国内轨道广通行业。而供 电电源是实现屏蔽门稳定、可靠工作的 基础。根据城市轨道交通站台屏蔽门 (CJ/T 236-2006)要求，屏蔽门供电电源 应采用一级负供电，其驱动电源与控制 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 电源分别独立设置，驱动备用电源的储 能应能满足 30 分钟内至少完成开/关门 一次循环，控制备用电源储能至少应满 足负载持续工作 30 分钟。本文将对广 州地铁五号线屏蔽门的供电电源进行介 绍，并比较模块化直流电源系统与整机 式交流电源系统两者应用的差异。 2 线路概况 广州市轨道交通五号线首期工程 22 个地下站安装全封闭式屏蔽门，2 个 高架站安装 1.5 米高安全门。本线路屏 蔽门设备电源采用驱动电源和控制电源 分开供电。电源系统主要部件采用模块 化，可实现完善的 N+1 备份功能，及在 线式热插拔及在线维修功能，具备智能 电池管理功能。 地下站驱动电源容量、蓄电池按 6 辆编组（每侧站台 18 个门单元，每侧 各有 2 个非标门单元采用双电机驱动， 双侧共（1622）240 台电机）进 行配置，使用 3 个 20KVA 整流模块半， 按 2+1 冗余备份方式构成。高架站电源 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 容量、蓄电池按 6 辆编组（每侧站台 18 个门单元，第个安全门均采用双电机驱 动，双侧共（182）272 台电机） 进行配置，使用 4 个 20KVA 整流模块， 按 3+1 冗余备份方式构成。系统蓄电池 的容量需满足在断电后车站所有屏蔽门 可开/关门操作至少 3 次的要求，并能够 实现控制电源保持工作及屏蔽门带电静 止 30 分钟。控制电源容量按断电后控 制系统满足持续工作 30 分钟的要求进 行配置，使用 2 个 10KVA 整流模块， 按 1+1 冗余备份方式构成。 3.供电电源组成 3.1 驱动电源 驱动电源包括主要由三相隔离变 压器、整流模块、充电模块、监控模块、 绝缘监测模块、蓄电池及馈线回路等构 成，以完成充电、馈电及两路电源停电 后供电的功能。驱动电源为滑动门电气 设备（门控单元，驱动电机，开门指示 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 灯等）供电。 3.2 控制电源 控制电源装置主要由整流模块、 DC/DC 装置、 UPS 电源装置、充电模 块、单相隔离变压器、监控模块、绝缘 监测模块、蓄电池及馈电单元构成，且 盘面设有必要的测量表计。控制电源为 每侧站台的中央接口盘、就地控制盘、 紧急控制盘及控制面板指示灯供电。 3.3.主要使用模块说明 3.3.1 整流模块 1) 性能说明 驱动电源整流装置工作原理如下： 三相交流输入首先经 防雷处理和 EMI 滤波。该部分电路可 以有效吸收雷击残压和电网尖峰，保证 模块后级电路的安全。 三相交流经整流和无 源 PFC 后转换成高压直流电，经全桥 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 PWM 电路后转换为高频交流，再经高 频变压器隔离降压后整流输出。 模块控制部分负责 PWM 信号产生及控制，保证输出稳定， 同时对模块各部分进行保护。提供“四 遥”接口。 模块采用无源 PFC 技 术，功率因数达到 0.9 以上；采用高频 软开关技术，模块转换效率大大提高， 最高可达 95%。 模块采用自然冷却方 式，减少了风扇噪音和飞尘。 模块监控采集电源工 作参数并显示后上传给主监控，接收主 监控指令对电源进行控制，通过显示、 按键校准模块参数，设置模块运行状态。 主要技术指标 输入电压：AC380V15% 频率：50Hz10% 输出电压：100VDC0.5% 输出额定电流：20A*N（N 为整 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 流模块个数） 输出瞬间过载电流：50A*N（N 为整流模块个数） 纹波电压：100mV 过载能力：110% 1) 过压保护 输出电压过高对用电设备会造成 灾难性事故，为杜绝此类情况发生，高 频模块内有过压保护电路，出现过压后 模块自动死锁，相应模块故障指示灯亮， 故障模块自动退出工作而不影响整个系 统正常运行。 2) 并联保护 每个模块内部均有并联保护电路， 绝对保证故障模块自动退出系统，而不 影响其它正常模块工作。 3) 过流保护 过流保护主要保护大功率变流器 件，在变流的每一个周期，如果通过电 流超过器件承受电流，关闭功率器件， 达到保护功率器件的目的。过流保护可 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 自动恢复。 4) 输出瞬间过载功能 模块额定电流为 20A，但其输出 瞬间过载电流可达到 50A，此电流可持 续 2S。 3.3.2 DC/DC 装置 模块采用高频开关技术，实现了 电气隔离，并可带电插拔，在线维护方 便。 主要技术指标如下： 输入电压：72V130VDC 输出电压：24VDC0.5%(调节范 围：24V30VDC) 额定电流：40A 3.3.3 UPS 电源装置 UPS 电源装置的工作原理如下： 由上图可知，逆变模块有两路交 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 流电可以输出：一路是将电池或整流模 块提供的直流电经过各级变换电路转换 成交流电；另一路是直接将市电经过内 部旁路引至交流输出端。 UPS 装置采用在线式工作模式。 正常工作时，UPS 将整流模块提供的直 流电逆变转换成交流电，供后级设备使 用；当市电异常时，UPS 直接将电池释 放的电能转换成交流电，供后级设备使 用。逆变模块在转换过程中，需要跟踪 市电的频率、相位，不跟踪幅值。这样 既保证了交流电源的高质量、高稳定性， 又保证了 UPS 设备的零切换时间。 逆变模块采用全数字化 DSP 控 制，能够快速地检测输入直流电压、输 入市电、逆变交流电的各种参数，并控 制将市电电压和逆变电压其中之一引至 输出端。 如果直流输入电源正常 （90120VDC） ，无论交流输入电源是 否异常，UPS 总处于逆变工作状态。其 中，当市电电压在频率为 503Hz、幅 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 值 220V10的跟踪范围内时，逆变模 块的输出跟踪市电以实现逆变工作状态 零时间切换旁路工作状态；当市电超出 跟踪范围（即市电故障）时，逆变模块 会转为恒压、恒频输出，此时逆变模块 不会切换到旁路工作状态，一直处于逆 变工作状态。 如果直流输入电源异常，交 流输入电源正常，UPS 会切换到旁路工 作状态，但直流输入电源恢复正常 （95115V） ，模块会等到逆变电压跟 踪市电成功后，切换到逆变工作状态， 同样实现零切换。 主要技术指标如下： 输入电压： 220VAC25%、100VDC20% 频率：50Hz10% 线制：单相三线制 隔离：输入带隔离变压器，其电 阻为 10M 输出电压：220V1% 频率：50Hz0.25Hz -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 3.4 系统输出 驱动电源共设 7 路 110VDC 输出， 由驱动整流模块提供，其中 6 路输出给 门控单元及站台半高门/屏蔽门直流驱动 电机，1 路作为备用回路。每路输出给 6 扇半高门/屏蔽门供电，可保证对应一 节车厢的其中一个回路电源故障时，其 余的门能正常工作。 控制电源共设 8 路 110VDC 输出 (由控制整流模块提供) 、8 路 24VDC 输 出(由 DC/DC 装置提供)、1 路 220VAC 输出(由 UPS 装置提供)。 4 系统特点 4.1 电源系统主要部件采用模块 化，可实现完善的 N+1 备份功能 驱动电源及控制系统主要部件能 实现模块化在线式热插拔及在线维修功 能，实现完善的 N+1 冗余备份功能，无 单点故障，主机设备个别部件的故障不 会引起整台设备的故障。系统各模块更 换简单快捷，一般工人也可在 5 分钟之 内完成此更换过程。驱动电源的输出回 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 路采用多回路设计，确保对应一节车厢 的其中一个回路电源故障时，其余两道 滑动门能够正常工作。 4.2 门控单元能使用直流电源方 案，减少转换环节 广州地铁五号线屏蔽门门控单元 采用直流电设计，输入电源为 DC110V。整流模块可以结合供电线路 降压等因数，通过对输出端参数的调整， 向门控单元提供适用的直流电压及电流 范围。如使用传统 UPS 方案，三相 380V 一级负荷通过 UPS 交直交转换输 出一般为 AC220V，由于输出电源不适 用于直流门控单元使用，需要增加直流 模块实现 AC220V 到 DC110V 的转换