地鐵屏蔽門供電系統應用方案

概述
　　
　　地鐵屏蔽門供電系統主要由2部分組成，一部分為驅動電源系統，一部分控制電源系統。其中，驅動電源系統，功率一般為40-60KVA左右，主要為地鐵站里屏蔽門的驅動馬達供電。其功率的大小主要取決于地鐵站中屏蔽門個數的多少。驅動馬達又直流驅動型也有交流驅動型。本文之限于交流驅動型門機馬達。
　　
　　控制電源系統容量一般較小，只有幾百瓦到幾K伏安，主要取決屏蔽門廠家的控制方式。一般，控制系統采用直流供電，電壓等級有24V/48V/110V等。雖然控制系統的功率不是很大，但卻非常重要，因此為控制系統供電一般采用冗余的供電方式，來保證其供電可靠性。另外，屏蔽門供電系統還包括配電系統和燈帶照明系統。
　　
　　地鐵供電系統中，由于鐵軌是導電回路。因此，地鐵的供電系統一般需要采用隔離變壓器，以便完全隔離地線。在屏蔽門電源系統中，也不例外。地鐵供電系統對蓄電池的要求也非常特殊，一般采用膠體電池或比較耐高溫且壽命長的電池。對電池的延時要求一般為1小時左右。由于負載時屏蔽門，故其具體延時要求一般為一段時間內屏蔽門能夠開關門3-5次。
　　
　　地鐵屏蔽門的監控系統須將包括電源在內的眾多設備的工作狀態及告警信息接入進來。因此，需要對電源系統的各個子系統進行監控。監控方式一般采用工業常用的MODBUS通訊協議，通訊方式為RS485或RS422。下面以廣州地鐵二、八號線延長線的應用案例，來說明地鐵屏蔽門供電系統的應用。
　　
　　第一章 系統設計指導思想及意圖
　　
　　本系統為廣州市軌道交通二、八號線延長線工程屏蔽系統的不間斷供電方案，系統方案本著可靠、經濟、高效的原則進行設計。
　　
　　? 可靠性：在UPS及直流供電系統中，采用模塊化冗余設計方式，即提高了供電可靠性，也不會太多增加成本。電源子系統通過使用已證明具有高可靠性的組件，降低子系統故障概率和有關影響正常運行的隨機性；
　　? 可維護性：各部件模塊化設計，維護快捷、簡便；
　　? 綠色高效：UPS系統體積小巧，智能化程度高，綠色高效。
　　
　　第二章 系統基本設計原理描述
　　
　　3.1 系統方案總體框圖

　　本系統由驅動電源系統、控制電源系統，站臺照明箱3部分組成。驅動電源和控制電源都采用具有高可用性的DELTA模塊化UPS系統組成N+1冗余不間斷供電系統，使得系統具有優點：
　　
　　? 可靠性：電源子系統通過使用已證明具有高可靠性的組件，降低子系統故障概率和有關影響正常運行的隨機性；
　　? 可維護性：各部件模塊化設計，維護快捷、簡便；
　　? 綠色高效：UPS系統體積小巧，智能化程度高，綠色高效。
　　
　　3.2 驅動電源系統：

本系統由電池系統、模塊化UPS、站臺配電系統組成。由UPS為2側或3側站臺屏蔽門系統提供不間斷電力供應。UPS采用臺達模塊化設計之UPS,N+1模塊化冗余供電方案，具有維護方便、簡潔，系統可用性高，整機效率高等特點。電池采用陽光長壽命膠體電池。配電系統采用施耐德開關，內置隔離變壓器，輸出分路個設有備用分路，供靈活使用。
　　
　　3.2.1 驅動系統UPS
　　
　　臺達C系列模塊化UPS是針對中國電網環境需求所設計的UPS。采用模塊化設計，數字化控制，并具有技術性能強高、可靠性高、操作性佳、易于維護，便于管理的特點。
　　
　　典型技術特點：
　　? 模塊化設計，每個模塊功率為20KVA。可N+X冗余備份，易擴展最多可達8個模塊，可靠度強
　　? 輸入整流器采用申請專利電路的IGBT設計，可提高輸入功率因素，減少輸入電流諧波失真并減少損失；
　　? 采用數字訊號處理器（DSP）及空間向量脈波寬度調變技術使得可靠性提高并具備快速的動態響應；
　　? 控制電源及靜態開關等控制線路雙備份設計；
　　? 高輸入功率因數，低諧波，可以減少對電網的諧波污染，降低對發電機的容量要求。(輸入功率因數>0.99，輸入電流諧波失真3%)。20KVA模塊滿載時，輸入電壓及三相輸入電流波形：THDIA=1.3%,THDIB=1.1%，THDIC=1.2%
　　? 高功率密度比，可以節省安裝空間.高效率,提高電能利用率，減少損失，節省空調投入。 　　
　　? 使用ECO經濟模式運轉，可配合穩定的市電運作，大大提高使用效率，減少能源損耗
　　
　　3.2.2 驅動UPS輸出配電系統：
　　

由380/380隔離變壓器和輸出配電系統組成。詳細信息請見站臺配電圖紙部分。
　　
　　1）配電系統由中達隔離變壓器和配電分路組成。配電分路采用施耐德開關，配電分路都設有一路或2路備用開關，以便靈活使用。XL-21動力配電箱配電箱結構、材料及工藝
　　
　　a.配電箱柜體采用優質冷軋鋼板加工而成，采用前開門形式，前門打開后元件不外露只有操作手柄，保證不會誤碰導電體。進線方式為上進上出接線，元件安裝在箱內支架上，出線自上而下可分多路出線，板前接線。為方便出線，開關進出線處都有銅排引出，并用絕緣子固定。
　　
　　b.箱體材料
　　箱體外殼采用國產優質冷軋鋼板，油漆采用環氧粉末噴涂工藝具有很強的防腐能力，色標在設計聯絡會上確定。
　　
　　c.保護接地系統
　　箱內設有獨立的PE接地保護，和N線。
　　
　　2）XL-21動力配電箱母線系統
　　
　　a.箱內的主母線和配電母線均為銅母線材料，其相對導電率大于99%。
　　b.母線采用絕緣母線夾及支件加以固定，分路開關進線均從母線上引來。柜內母線色標顏色符合GB2681-81《電工成套裝置中的導線顏色》的規定。柜內母線的相序排列從裝置正面觀察符合下表的排列。
　　
　　柜內母線的相序排列從裝置正面觀察應符合下表的排列：

3.2.3 電池系統：

　　電池采用足夠容量的陽光長壽命膠體電池。設計壽命為12年；活性物質為高純電解精鉛；板柵為鉛、錫、鈣多元耐蝕和金；額定工作電壓為12.0V。
　　
　　3.3 控制電源系統

　　說明：控制電源系統由控制系統UPS及隔離變壓器、24V直流供配電系統組成。
　　
　　考慮到系統的安全性，我司建議采用單套電源控制單側站臺，同時采用雙系統并聯技術，可保證在其中一套電源故障的情況下，切換到另外一路電源上，減小故障維護時間。兩套控制電源系統之間采用母聯開關K連接，通過切換開關達到系統的切換。如下附圖系統接線圖。

　　
　　兩套MCS1800嵌入式II型系統通過母聯開關連接

　　
　　3.4.1 控制系統UPS：
　　
　　采用DELTAN系列UPS。此系列UPS為機架式設計結構，可安裝與機柜內，高度為2，體積小巧，轉換效率高，自身功耗低。其主要特點如下：
　　? 可使用于19”或21”標準網絡機柜,也可直立防置
　　? 可選擇2個模塊并聯運行，組成冗余供電系統。
　　? 超薄高密度設計,為最大的2U高度機型
　　? 可選擇經濟模式輸出(效率>96%)
　　? 寬廣輸入電壓范圍120V-280V
　　? 高整機效率
　　? 輸出短路保護
　　? 具電池開機功能
　　? 可作雙機熱備份串聯運作
　　? (Hot-StandbyRedundant)
　　? 使用者親善LCD操作面板
　　? 輸出波形失真率低
　　? 全時間防雷擊及噪聲突波保護
　　? 內建SNMP插槽,可作網絡遠程監控
　　? 標準RS232、AS400、干接點接口
　　? 具有智能電池充放電管理

　　3.4.2 直流供配電電系統：
　　
　　24V直流供電系統采用中達MCS1800系統，由于交流輸入由UPS提供，故系統無需配置蓄電池后備。系統采用每套兩個ESR－24V/50A整流模塊、監控模塊以及直流配電分路等組成。本系統采用每站臺每側一套中達電通MS1800嵌入式II型24V電源系統，組成冗余供電系統，保證系統供電的可靠性。

　　中達電通MCS-1800電源系統是以交換式直流供電系統設計的直流供電系統,其單機為24V/50A整流模塊，產品提供穩定可靠直流電源,供應地鐵系統設備使用。
　　
　　3.4.2.1 技術特性：
　　
　　1、寬輸入電壓范圍(90Vac～300Vac)
　　2、具有熱插拔功能,可在不影響運作下更換模塊，模塊配置滿足N+1冗余備份，可保證系統使用安全。
　　3、高功率因數(PF>0.99),功率校正電路有專利
　　4、高效率(24Vdc時,效率>88%)
　　5、先進的負載均流技術,均流特性極佳　
　　6、具有智能的監控單元，在中文窗口環境下,用CANBUS通信界面,通過RS-232達到智能型三遙功能
　
　　3.4.2.2 雙系統并聯技術
　　
　　考慮到系統的安全性，我司建議采用單套電源控制單側站臺，同時采用雙系統并聯技術，可保證在其中一套電源故障的情況下，切換到另外一路電源上，減小故障維護時間。兩套控制電源系統之間采用母聯開關K連接，通過切換開關達到系統的切換。如下附圖系統接線圖。

　　
　　兩套MCS1800嵌入式II型系統通過母聯開關連接

　　
　　3.4 站臺照明配電箱

　　配電箱結構、材料及工藝
　　
　　a.配電箱柜體采用優質冷軋鋼板加工而成，采用前開門形式，前門打開后組件不外露只有操作手柄，保證不會誤碰導電體。進線方式為電纜下進線，組件安裝在箱內支架上，出線自上而下可分多路出線，板前接線。為方便出線，開關進出線處都有銅排引出，并用絕緣子固定。

　　b.箱體材料
　　箱體外殼采用國產優質冷軋鋼板，油漆采用環氧粉末噴涂工藝具有很強的防腐能力，色標在設計聯絡會上確定。
　　
　　c.保護接地系統
　　箱內設有獨立的PE接地保護，和N線。
　　
　　第三章 系統配置方案
　　
　　3.1 系統布局圖

　　3.2 系統電源配置
　　
　　3.2.1 二側站臺電源配置方案：
　　
　　1）驅動電源UPS電源系統配置：
　　
　　驅動UPS主機(含模塊)+電池組(含電池柜)臺+配電柜共三面柜。
　　
　　驅動UPS系統主要包含40KVAUPS主機(含2只20KVA模塊)一臺、25KVA三相隔離變壓器一臺、電池組（含電池柜）一組、配電柜一套（含輸入/輸出等饋線開關）。
　　
　　2）控制電源UPS系統配置：
　　
　　控制UPS主機(含模塊)+電池組(含電池柜)臺+配電等，共一面柜。
　　
　　控制UPS系統主要包含5KVAUPS2臺、5KVA單相隔離變壓器一臺、電池組（放置于配電柜）一組、配電柜一套（含UPS輸入/輸出/直流模塊及交直流饋線開關等）。
　　
　　3.2.2 三側站臺電源方案
　　
　　1）驅動電源系統配置：
　　
　　驅動UPS主機(含模塊)+電池組(含電池柜)臺+配電柜共三面柜。驅動UPS系統主要包含60KVAUPS主機(含3只20KVA模塊)一臺、40KVA三相隔離變壓器一臺、電池組（含電池柜）一組、配電柜一套（含輸入/輸出等饋線開關）。
　　
　　2）控制電源UPS系統配置：
　　
　　控制UPS主機(含模塊)+電池組(含電池柜)臺+配電等，共一面柜。控制UPS系統主要包含5KVAUPS2臺、5KVA單相隔離變壓器一臺、電池組（放置于配電柜）一組、配電柜一套（含UPS輸入/輸出/直流模塊及交直流饋線開關等）。