地鐵屏蔽門供電系統(tǒng)應(yīng)用方案

概述
　　
　　地鐵屏蔽門供電系統(tǒng)主要由2部分組成，一部分為驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，一部分控制電源系統(tǒng)。其中，驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)，功率一般為40-60KVA左右，主要為地鐵站里屏蔽門的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)供電。其功率的大小主要取決于地鐵站中屏蔽門個(gè)數(shù)的多少。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)又直流驅(qū)動(dòng)型也有交流驅(qū)動(dòng)型。本文之限于交流驅(qū)動(dòng)型門機(jī)馬達(dá)。
　　
　　控制電源系統(tǒng)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(tǒng)采用直流供電，電壓等級有24V/48V/110V等。雖然控制系統(tǒng)的功率不是很大，但卻非常重要，因此為控制系統(tǒng)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(tǒng)還包括配電系統(tǒng)和燈帶照明系統(tǒng)。
　　
　　地鐵供電系統(tǒng)中，由于鐵軌是導(dǎo)電回路。因此，地鐵的供電系統(tǒng)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(tǒng)中，也不例外。地鐵供電系統(tǒng)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(shí)要求一般為1小時(shí)左右。由于負(fù)載時(shí)屏蔽門，故其具體延時(shí)要求一般為一段時(shí)間內(nèi)屏蔽門能夠開關(guān)門3-5次。
　　
　　地鐵屏蔽門的監(jiān)控系統(tǒng)須將包括電源在內(nèi)的眾多設(shè)備的工作狀態(tài)及告警信息接入進(jìn)來。因此，需要對電源系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)控方式一般采用工業(yè)常用的MODBUS通訊協(xié)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(yīng)用案例，來說明地鐵屏蔽門供電系統(tǒng)的應(yīng)用。
　　
　　第一章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想及意圖
　　
　　本系統(tǒng)為廣州市軌道交通二、八號線延長線工程屏蔽系統(tǒng)的不間斷供電方案，系統(tǒng)方案本著可靠、經(jīng)濟(jì)、高效的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。
　　
　　? 可靠性：在UPS及直流供電系統(tǒng)中，采用模塊化冗余設(shè)計(jì)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(tǒng)通過使用已證明具有高可靠性的組件，降低子系統(tǒng)故障概率和有關(guān)影響正常運(yùn)行的隨機(jī)性；
　　? 可維護(hù)性：各部件模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)快捷、簡便；
　　? 綠色高效：UPS系統(tǒng)體積小巧，智能化程度高，綠色高效。
　　
　　第二章 系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)原理描述
　　
　　3.1 系統(tǒng)方案總體框圖

　　本系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)、控制電源系統(tǒng)，站臺照明箱3部分組成。驅(qū)動(dòng)電源和控制電源都采用具有高可用性的DELTA模塊化UPS系統(tǒng)組成N+1冗余不間斷供電系統(tǒng)，使得系統(tǒng)具有優(yōu)點(diǎn)：
　　
　　? 可靠性：電源子系統(tǒng)通過使用已證明具有高可靠性的組件，降低子系統(tǒng)故障概率和有關(guān)影響正常運(yùn)行的隨機(jī)性；
　　? 可維護(hù)性：各部件模塊化設(shè)計(jì)，維護(hù)快捷、簡便；
　　? 綠色高效：UPS系統(tǒng)體積小巧，智能化程度高，綠色高效。
　　
　　3.2 驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)：

本系統(tǒng)由電池系統(tǒng)、模塊化UPS、站臺配電系統(tǒng)組成。由UPS為2側(cè)或3側(cè)站臺屏蔽門系統(tǒng)提供不間斷電力供應(yīng)。UPS采用臺達(dá)模塊化設(shè)計(jì)之UPS,N+1模塊化冗余供電方案，具有維護(hù)方便、簡潔，系統(tǒng)可用性高，整機(jī)效率高等特點(diǎn)。電池采用陽光長壽命膠體電池。配電系統(tǒng)采用施耐德開關(guān)，內(nèi)置隔離變壓器，輸出分路個(gè)設(shè)有備用分路，供靈活使用。
　　
　　3.2.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)UPS
　　
　　臺達(dá)C系列模塊化UPS是針對中國電網(wǎng)環(huán)境需求所設(shè)計(jì)的UPS。采用模塊化設(shè)計(jì)，數(shù)字化控制，并具有技術(shù)性能強(qiáng)高、可靠性高、操作性佳、易于維護(hù)，便于管理的特點(diǎn)。
　　
　　典型技術(shù)特點(diǎn)：
　　? 模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊功率為20KVA。可N+X冗余備份，易擴(kuò)展最多可達(dá)8個(gè)模塊，可靠度強(qiáng)
　　? 輸入整流器采用申請專利電路的IGBT設(shè)計(jì)，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(shù)字訊號處理器（DSP）及空間向量脈波寬度調(diào)變技術(shù)使得可靠性提高并具備快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；
　　? 控制電源及靜態(tài)開關(guān)等控制線路雙備份設(shè)計(jì)；
　　? 高輸入功率因數(shù)，低諧波，可以減少對電網(wǎng)的諧波污染，降低對發(fā)電機(jī)的容量要求。(輸入功率因數(shù)>0.99，輸入電流諧波失真3%)。20KVA模塊滿載時(shí)，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(jié)省安裝空間.高效率,提高電能利用率，減少損失，節(jié)省空調(diào)投入。 　　
　　? 使用ECO經(jīng)濟(jì)模式運(yùn)轉(zhuǎn)，可配合穩(wěn)定的市電運(yùn)作，大大提高使用效率，減少能源損耗
　　
　　3.2.2 驅(qū)動(dòng)UPS輸出配電系統(tǒng)：
　　

由380/380隔離變壓器和輸出配電系統(tǒng)組成。詳細(xì)信息請見站臺配電圖紙部分。
　　
　　1）配電系統(tǒng)由中達(dá)隔離變壓器和配電分路組成。配電分路采用施耐德開關(guān)，配電分路都設(shè)有一路或2路備用開關(guān)，以便靈活使用。XL-21動(dòng)力配電箱配電箱結(jié)構(gòu)、材料及工藝
　　
　　a.配電箱柜體采用優(yōu)質(zhì)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(dǎo)電體。進(jìn)線方式為上進(jìn)上出接線，元件安裝在箱內(nèi)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(guān)進(jìn)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(chǎn)優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板，油漆采用環(huán)氧粉末噴涂工藝具有很強(qiáng)的防腐能力，色標(biāo)在設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會上確定。
　　
　　c.保護(hù)接地系統(tǒng)
　　箱內(nèi)設(shè)有獨(dú)立的PE接地保護(hù)，和N線。
　　
　　2）XL-21動(dòng)力配電箱母線系統(tǒng)
　　
　　a.箱內(nèi)的主母線和配電母線均為銅母線材料，其相對導(dǎo)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(guān)進(jìn)線均從母線上引來。柜內(nèi)母線色標(biāo)顏色符合GB2681-81《電工成套裝置中的導(dǎo)線顏色》的規(guī)定。柜內(nèi)母線的相序排列從裝置正面觀察符合下表的排列。
　　
　　柜內(nèi)母線的相序排列從裝置正面觀察應(yīng)符合下表的排列：

3.2.3 電池系統(tǒng)：

　　電池采用足夠容量的陽光長壽命膠體電池。設(shè)計(jì)壽命為12年；活性物質(zhì)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(tǒng)

　　說明：控制電源系統(tǒng)由控制系統(tǒng)UPS及隔離變壓器、24V直流供配電系統(tǒng)組成。
　　
　　考慮到系統(tǒng)的安全性，我司建議采用單套電源控制單側(cè)站臺，同時(shí)采用雙系統(tǒng)并聯(lián)技術(shù)，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(hù)時(shí)間。兩套控制電源系統(tǒng)之間采用母聯(lián)開關(guān)K連接，通過切換開關(guān)達(dá)到系統(tǒng)的切換。如下附圖系統(tǒng)接線圖。

　　
　　兩套MCS1800嵌入式II型系統(tǒng)通過母聯(lián)開關(guān)連接

　　
　　3.4.1 控制系統(tǒng)UPS：
　　
　　采用DELTAN系列UPS。此系列UPS為機(jī)架式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，可安裝與機(jī)柜內(nèi)，高度為2，體積小巧，轉(zhuǎn)換效率高，自身功耗低。其主要特點(diǎn)如下：
　　? 可使用于19”或21”標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜,也可直立防置
　　? 可選擇2個(gè)模塊并聯(lián)運(yùn)行，組成冗余供電系統(tǒng)。
　　? 超薄高密度設(shè)計(jì),為最大的2U高度機(jī)型
　　? 可選擇經(jīng)濟(jì)模式輸出(效率>96%)
　　? 寬廣輸入電壓范圍120V-280V
　　? 高整機(jī)效率
　　? 輸出短路保護(hù)
　　? 具電池開機(jī)功能
　　? 可作雙機(jī)熱備份串聯(lián)運(yùn)作
　　? (Hot-StandbyRedundant)
　　? 使用者親善LCD操作面板
　　? 輸出波形失真率低
　　? 全時(shí)間防雷擊及噪聲突波保護(hù)
　　? 內(nèi)建SNMP插槽,可作網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控
　　? 標(biāo)準(zhǔn)RS232、AS400、干接點(diǎn)接口
　　? 具有智能電池充放電管理

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

　　中達(dá)電通MCS-1800電源系統(tǒng)是以交換式直流供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的直流供電系統(tǒng),其單機(jī)為24V/50A整流模塊，產(chǎn)品提供穩(wěn)定可靠直流電源,供應(yīng)地鐵系統(tǒng)設(shè)備使用。
　　
　　3.4.2.1 技術(shù)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(yùn)作下更換模塊，模塊配置滿足N+1冗余備份，可保證系統(tǒng)使用安全。
　　3、高功率因數(shù)(PF>0.99),功率校正電路有專利
　　4、高效率(24Vdc時(shí),效率>88%)
　　5、先進(jìn)的負(fù)載均流技術(shù),均流特性極佳　
　　6、具有智能的監(jiān)控單元，在中文窗口環(huán)境下,用CANBUS通信界面,通過RS-232達(dá)到智能型三遙功能
　
　　3.4.2.2 雙系統(tǒng)并聯(lián)技術(shù)
　　
　　考慮到系統(tǒng)的安全性，我司建議采用單套電源控制單側(cè)站臺，同時(shí)采用雙系統(tǒng)并聯(lián)技術(shù)，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(hù)時(shí)間。兩套控制電源系統(tǒng)之間采用母聯(lián)開關(guān)K連接，通過切換開關(guān)達(dá)到系統(tǒng)的切換。如下附圖系統(tǒng)接線圖。

　　
　　兩套MCS1800嵌入式II型系統(tǒng)通過母聯(lián)開關(guān)連接

　　
　　3.4 站臺照明配電箱

　　配電箱結(jié)構(gòu)、材料及工藝
　　
　　a.配電箱柜體采用優(yōu)質(zhì)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(dǎo)電體。進(jìn)線方式為電纜下進(jìn)線，組件安裝在箱內(nèi)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(guān)進(jìn)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(chǎn)優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板，油漆采用環(huán)氧粉末噴涂工藝具有很強(qiáng)的防腐能力，色標(biāo)在設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會上確定。
　　
　　c.保護(hù)接地系統(tǒng)
　　箱內(nèi)設(shè)有獨(dú)立的PE接地保護(hù)，和N線。
　　
　　第三章 系統(tǒng)配置方案
　　
　　3.1 系統(tǒng)布局圖

　　3.2 系統(tǒng)電源配置
　　
　　3.2.1 二側(cè)站臺電源配置方案：
　　
　　1）驅(qū)動(dòng)電源UPS電源系統(tǒng)配置：
　　
　　驅(qū)動(dòng)UPS主機(jī)(含模塊)+電池組(含電池柜)臺+配電柜共三面柜。
　　
　　驅(qū)動(dòng)UPS系統(tǒng)主要包含40KVAUPS主機(jī)(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(guān)）。
　　
　　2）控制電源UPS系統(tǒng)配置：
　　
　　控制UPS主機(jī)(含模塊)+電池組(含電池柜)臺+配電等，共一面柜。
　　
　　控制UPS系統(tǒng)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(guān)等）。
　　
　　3.2.2 三側(cè)站臺電源方案
　　
　　1）驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)配置：
　　
　　驅(qū)動(dòng)UPS主機(jī)(含模塊)+電池組(含電池柜)臺+配電柜共三面柜。驅(qū)動(dòng)UPS系統(tǒng)主要包含60KVAUPS主機(jī)(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(guān)）。
　　
　　2）控制電源UPS系統(tǒng)配置：
　　
　　控制UPS主機(jī)(含模塊)+電池組(含電池柜)臺+配電等，共一面柜。控制UPS系統(tǒng)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(guān)等）。