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摘 要 在分析了地铁屏蔽门直流系统研究的重要性和必要性后，结合笔者实际设计工作经验，对地铁屏蔽门直流系统供电方案进行认真探讨。对地铁屏蔽门直流系统的电气隔离和保护设计方案进行了认真分析研究。
关键词 地铁屏蔽门；直流系统；电气隔离；接地保护
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)011-0100-01
地铁屏蔽门不仅具有保护乘客乘车安全作用外，同时对于对地下车站而言，采用封闭式屏蔽门，还具有改善乘客候车环境、减少车站、地铁车辆等在运营过程中的通风空调系统能耗等功能，具有非常强大的节能、安全性能，从2003年开始在广州、深圳等地地铁中使用以来，目前已取得非常良好的运行效果。地鐵屏蔽门是一个集机械、机电、自动控制等专业为一体高新技术产品，其对供电系统供电响应性、可靠性、经济性也提出了更高的要求。随着我国电源技术的进一步发展，国内供电电源系统已具有较高的水平，只要按照地铁屏蔽门要求采取合适的供电设计方案，地铁屏蔽门直流系统完全可以做到国产化要求。直流电源系统供电方案相对交流电源系统供电方案而言，具有简单、所需部件少、占地面积小、投资经济性较高、综合造价较低等优点，但是地铁屏蔽门直流系统中，选用直流电机作为主要的驱动机构，统一整个系统中的负荷进行集中直流供电，存在供电负荷较多、供电线路较长、负荷波动范围较大等问题，如何合理设计合理的直流供电系统是地铁屏蔽门直流系统设计探讨研究的一个重要内容。因此，地铁屏蔽门供电设计人员在供电方案、控制模式等设计过程中，要从系统供电功能、负荷波动对系统的影响、以及供电方案及控制子系统等功能热性方面出发进行详细斟酌，力求选出一个具有高可靠性、供电节能经济的地铁屏蔽门直流供电系统。
1 地铁屏蔽门系统供电方案
为了提高供电可靠性，地铁屏蔽门直流供电系统应采取双电源供电模式，即地铁屏蔽门直流电源由车站低压配电中心采用两路AC-380 V供电线路引入到直流电源处，由成直流驱动电源转换成直流电源供给相应的电力负荷，其具体供电方案如图1所示。
从图1可知，车站低压配电系统中的三相交流电源通过两条AC-380 V供电线路引入，通过隔离变压器转换形成直流驱动电源，作为屏蔽门供配电系统的直流电源，再由直流驱动电源屏像各电力负荷提供DC-110 V电源。110 V直流驱动电源被引入到DCU门控单元控制器中，经DC/DC转换器转换成对应的电压幅值的直流电源后提供给驱动电机声光警告装置、控制电路等现地执行机构。对于一节车厢供电电源而言，当其中的一个供电回路出现故障，屏蔽门不能正常动作时，本节车厢所对应的其它电源回路应正常工作，确保供电系统具有较高供电可靠性。DC/DC转换器将直流电源转换成对应电压幅值要求的电源，以适合地铁屏蔽门各控制子系统的供电需求，其中DCU的额定电压Uq应接近且不大于110 V，确保供电电源具有较高运行性能水平。各子系统具体的额定电压Uq值应根据子系统相应工作电压的上限而定，通常按照大多数DCU相配套的额定电压Uq来定，取值为96 V。地铁屏蔽门供电系统中直流电机主驱动器应具备非常良好的启动/停止等结构性能，同时屏蔽门控制电路其参数设置为：开门时间一般应控制在3 s范围内，关门应控制在3.5 s范围内，
开/关一次循环应控制在120 s，确保地铁屏蔽门具有较高的动作性能。由于地铁屏蔽门在开关过程中，其电机系统中的起动电流会剧增，大约在开/关门工况时，每个DCU控制器的输出电流基本可以达到4 A，如果按照整个地铁车辆按照60个DCU控制单元来计算，则需要驱动的直流电源其工作电流大约在240 A左右。在门全开或全关工况时，为了维持机械结构的稳定状态，每个DCU控制器其相应输出电流大约在0.8 A左右，控制其电源正常运行时，其最大能耗约1 kW。因此，对地铁屏蔽门供电系统进行设计时，应该满足以下性能要求。
1）供电电源采取双电源供电模式：正常供电情况下，地铁屏蔽门直流系统由主电源提供电源；当供电回路主电源出现故障等不利工况时，应由电源自动切换装置自动控制，将直流系统主回路自动切换到备用电源回路中，同时为备用电源回路提供相应启动命令，启动备用电源投入到直流电源供电中。2）当车站供电的交流回路出现断电等不利工况时，直流系统中的自备蓄电池组应能保证地铁屏蔽门正常开/关循环几次（通常按照3-5次进行设计），同时确保PSCC（站台隔离门控制器）、PSA（远程监视单元）、PSL（站台端部就地控制盘）等控制设备在停电后能够持续稳定的工作。并确保交流电源自动恢复供电时，各控制系统具备自启动恢复功能，保证交流电恢复正常供电时，各控制系统能自动恢复各种控制功能。3）供电系统应具备较好的监测、控制、记录等功能，并能与地铁中央控制中心进行实时通信。4）尽量使用占地面积小、功能集成自动化程度高的设备。5）直流电源自动控制系统应具备可靠性高、自动化程度高等特性。
2 高频变压器隔离技术设计方案
随着地铁屏蔽门直流系统的进一步发展，为了减小各控制模块的成本、体积、以及重量，在直流系统控制模块设计过程中，通常采用高频变压器的电器隔离技术。常规工频变压器电气隔离其工作频率为50/60 Hz，而高频变压器电气隔离其工作频率却可以高达几十千赫，甚至几百千赫，高压变压器的频率比常规工频变压器要大得多。虽然引入高频隔离变压器后，可能会导致相关控制电路发生相应的变化，使得系统硬件电路和结构成本相应增加，但从整个系统而言，采用高频隔离变压器后，整个直流系统的电气隔离子系统综合成本可以大大下降约10%以下，不仅大大提高了地铁屏蔽门直流供电系统的运行可靠性，同时还大大提高了直流系统投资的综合经济效益。
3 地铁屏蔽门直流系统保护设计方案
地铁屏蔽门直流系统的保护方案应采用TN-S接地方式，即将中性导体（工作零线）和保护地PE，在直流系统中采取分开设计方案：安装在屏蔽门门体上的电气设备金属外壳及金属保护管应与门体紧密相连，并将工作零线悬浮。安装在屏蔽门门体上的电气设备外壳及金属保护管应与门体等电位紧密相连，屏蔽门的门体与钢轨间应采用一点连接方式。即要求门体与钢轨始终具有等电位特性，具体如图2所示。
图2 地铁屏蔽门直流系统保护设计方案
图2中，每侧屏蔽门各单元及各个单元之间设计采用TMY-60×4铜排进行连接，其总电阻应不大于0.1 Ω。屏蔽门门体与站台金属结构间应具有良好绝缘性能，绝缘电阻应不小于0.5 MΩ。
4 结束语
地铁屏蔽门直流系统是一项集结构、电子、自动控制、以及计算机通信等多种先进科学为一体的高端技术产品，在中国高速发展的城市轨道交通中发挥非常重要的作用。地铁屏蔽门直流系统设计过程中，应结合工程实际情况，选用占地面积小、集成自动化程度较高、性价比较高、便于后期运营维护的设计方案，以确保地铁屏蔽门驱动、检测、控制等设备系统用电的安全稳定、节能经济等性能要求。
参考文献
[1]陈海辉,胡跃明,熊建明.地铁屏蔽门的直流驱动电源设计[J].华南理工大学学报,2002,30(5):50-54.
[2]饶美婉.地铁屏蔽门直流系统设计[J].都市快轨交通,2009,22(04):92-94.
[3]李华,孙增田.城市轨道交通站台屏蔽门配电系统分析[J].广东建材,2008,(06):216-217.
关键词 地铁屏蔽门；直流系统；电气隔离；接地保护
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)011-0100-01
地铁屏蔽门不仅具有保护乘客乘车安全作用外，同时对于对地下车站而言，采用封闭式屏蔽门，还具有改善乘客候车环境、减少车站、地铁车辆等在运营过程中的通风空调系统能耗等功能，具有非常强大的节能、安全性能，从2003年开始在广州、深圳等地地铁中使用以来，目前已取得非常良好的运行效果。地鐵屏蔽门是一个集机械、机电、自动控制等专业为一体高新技术产品，其对供电系统供电响应性、可靠性、经济性也提出了更高的要求。随着我国电源技术的进一步发展，国内供电电源系统已具有较高的水平，只要按照地铁屏蔽门要求采取合适的供电设计方案，地铁屏蔽门直流系统完全可以做到国产化要求。直流电源系统供电方案相对交流电源系统供电方案而言，具有简单、所需部件少、占地面积小、投资经济性较高、综合造价较低等优点，但是地铁屏蔽门直流系统中，选用直流电机作为主要的驱动机构，统一整个系统中的负荷进行集中直流供电，存在供电负荷较多、供电线路较长、负荷波动范围较大等问题，如何合理设计合理的直流供电系统是地铁屏蔽门直流系统设计探讨研究的一个重要内容。因此，地铁屏蔽门供电设计人员在供电方案、控制模式等设计过程中，要从系统供电功能、负荷波动对系统的影响、以及供电方案及控制子系统等功能热性方面出发进行详细斟酌，力求选出一个具有高可靠性、供电节能经济的地铁屏蔽门直流供电系统。
1 地铁屏蔽门系统供电方案
为了提高供电可靠性，地铁屏蔽门直流供电系统应采取双电源供电模式，即地铁屏蔽门直流电源由车站低压配电中心采用两路AC-380 V供电线路引入到直流电源处，由成直流驱动电源转换成直流电源供给相应的电力负荷，其具体供电方案如图1所示。
从图1可知，车站低压配电系统中的三相交流电源通过两条AC-380 V供电线路引入，通过隔离变压器转换形成直流驱动电源，作为屏蔽门供配电系统的直流电源，再由直流驱动电源屏像各电力负荷提供DC-110 V电源。110 V直流驱动电源被引入到DCU门控单元控制器中，经DC/DC转换器转换成对应的电压幅值的直流电源后提供给驱动电机声光警告装置、控制电路等现地执行机构。对于一节车厢供电电源而言，当其中的一个供电回路出现故障，屏蔽门不能正常动作时，本节车厢所对应的其它电源回路应正常工作，确保供电系统具有较高供电可靠性。DC/DC转换器将直流电源转换成对应电压幅值要求的电源，以适合地铁屏蔽门各控制子系统的供电需求，其中DCU的额定电压Uq应接近且不大于110 V，确保供电电源具有较高运行性能水平。各子系统具体的额定电压Uq值应根据子系统相应工作电压的上限而定，通常按照大多数DCU相配套的额定电压Uq来定，取值为96 V。地铁屏蔽门供电系统中直流电机主驱动器应具备非常良好的启动/停止等结构性能，同时屏蔽门控制电路其参数设置为：开门时间一般应控制在3 s范围内，关门应控制在3.5 s范围内，
开/关一次循环应控制在120 s，确保地铁屏蔽门具有较高的动作性能。由于地铁屏蔽门在开关过程中，其电机系统中的起动电流会剧增，大约在开/关门工况时，每个DCU控制器的输出电流基本可以达到4 A，如果按照整个地铁车辆按照60个DCU控制单元来计算，则需要驱动的直流电源其工作电流大约在240 A左右。在门全开或全关工况时，为了维持机械结构的稳定状态，每个DCU控制器其相应输出电流大约在0.8 A左右，控制其电源正常运行时，其最大能耗约1 kW。因此，对地铁屏蔽门供电系统进行设计时，应该满足以下性能要求。
1）供电电源采取双电源供电模式：正常供电情况下，地铁屏蔽门直流系统由主电源提供电源；当供电回路主电源出现故障等不利工况时，应由电源自动切换装置自动控制，将直流系统主回路自动切换到备用电源回路中，同时为备用电源回路提供相应启动命令，启动备用电源投入到直流电源供电中。2）当车站供电的交流回路出现断电等不利工况时，直流系统中的自备蓄电池组应能保证地铁屏蔽门正常开/关循环几次（通常按照3-5次进行设计），同时确保PSCC（站台隔离门控制器）、PSA（远程监视单元）、PSL（站台端部就地控制盘）等控制设备在停电后能够持续稳定的工作。并确保交流电源自动恢复供电时，各控制系统具备自启动恢复功能，保证交流电恢复正常供电时，各控制系统能自动恢复各种控制功能。3）供电系统应具备较好的监测、控制、记录等功能，并能与地铁中央控制中心进行实时通信。4）尽量使用占地面积小、功能集成自动化程度高的设备。5）直流电源自动控制系统应具备可靠性高、自动化程度高等特性。
2 高频变压器隔离技术设计方案
随着地铁屏蔽门直流系统的进一步发展，为了减小各控制模块的成本、体积、以及重量，在直流系统控制模块设计过程中，通常采用高频变压器的电器隔离技术。常规工频变压器电气隔离其工作频率为50/60 Hz，而高频变压器电气隔离其工作频率却可以高达几十千赫，甚至几百千赫，高压变压器的频率比常规工频变压器要大得多。虽然引入高频隔离变压器后，可能会导致相关控制电路发生相应的变化，使得系统硬件电路和结构成本相应增加，但从整个系统而言，采用高频隔离变压器后，整个直流系统的电气隔离子系统综合成本可以大大下降约10%以下，不仅大大提高了地铁屏蔽门直流供电系统的运行可靠性，同时还大大提高了直流系统投资的综合经济效益。
3 地铁屏蔽门直流系统保护设计方案
地铁屏蔽门直流系统的保护方案应采用TN-S接地方式，即将中性导体（工作零线）和保护地PE，在直流系统中采取分开设计方案：安装在屏蔽门门体上的电气设备金属外壳及金属保护管应与门体紧密相连，并将工作零线悬浮。安装在屏蔽门门体上的电气设备外壳及金属保护管应与门体等电位紧密相连，屏蔽门的门体与钢轨间应采用一点连接方式。即要求门体与钢轨始终具有等电位特性，具体如图2所示。
图2 地铁屏蔽门直流系统保护设计方案
图2中，每侧屏蔽门各单元及各个单元之间设计采用TMY-60×4铜排进行连接，其总电阻应不大于0.1 Ω。屏蔽门门体与站台金属结构间应具有良好绝缘性能，绝缘电阻应不小于0.5 MΩ。
4 结束语
地铁屏蔽门直流系统是一项集结构、电子、自动控制、以及计算机通信等多种先进科学为一体的高端技术产品，在中国高速发展的城市轨道交通中发挥非常重要的作用。地铁屏蔽门直流系统设计过程中，应结合工程实际情况，选用占地面积小、集成自动化程度较高、性价比较高、便于后期运营维护的设计方案，以确保地铁屏蔽门驱动、检测、控制等设备系统用电的安全稳定、节能经济等性能要求。
参考文献
[1]陈海辉,胡跃明,熊建明.地铁屏蔽门的直流驱动电源设计[J].华南理工大学学报,2002,30(5):50-54.
[2]饶美婉.地铁屏蔽门直流系统设计[J].都市快轨交通,2009,22(04):92-94.
[3]李华,孙增田.城市轨道交通站台屏蔽门配电系统分析[J].广东建材,2008,(06):216-217.