地鐵屏蔽門(mén)供電系統應用方案

概述
　　
　　地鐵屏蔽門(mén)供電系統主要由2部分組成，一部分為驅動(dòng)電源系統，一部分控制電源系統。其中，驅動(dòng)電源系統，功率一般為40-60KVA左右，主要為地鐵站里屏蔽門(mén)的驅動(dòng)馬達供電。其功率的大小主要取決于地鐵站中屏蔽門(mén)個(gè)數的多少。驅動(dòng)馬達又直流驅動(dòng)型也有交流驅動(dòng)型。本文之限于交流驅動(dòng)型門(mén)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(mén)廠(chǎng)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(lái)保證其供電可靠性。另外，屏蔽門(mén)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(xiàn)。在屏蔽門(mén)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(cháng)的電池。對電池的延時(shí)要求一般為1小時(shí)左右。由于負載時(shí)屏蔽門(mén)，故其具體延時(shí)要求一般為一段時(shí)間內屏蔽門(mén)能夠開(kāi)關(guān)門(mén)3-5次。
　　
　　地鐵屏蔽門(mén)的監控系統須將包括電源在內的眾多設備的工作狀態(tài)及告警信息接入進(jìn)來(lái)。因此，需要對電源系統的各個(gè)子系統進(jìn)行監控。監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(xiàn)延長(cháng)線(xiàn)的應用案例，來(lái)說(shuō)明地鐵屏蔽門(mén)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(xiàn)延長(cháng)線(xiàn)工程屏蔽系統的不間斷供電方案，系統方案本著(zhù)可靠、經(jīng)濟、高效的原則進(jìn)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(huì )太多增加成本。電源子系統通過(guò)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(guān)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(jiǎn)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(dòng)電源系統、控制電源系統，站臺照明箱3部分組成。驅動(dòng)電源和控制電源都采用具有高可用性的DELTA模塊化UPS系統組成N+1冗余不間斷供電系統，使得系統具有優(yōu)點(diǎn)：
　　
　　? 可靠性：電源子系統通過(guò)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(guān)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(jiǎn)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(dòng)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(mén)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(jiǎn)潔，系統可用性高，整機效率高等特點(diǎn)。電池采用陽(yáng)光長(cháng)壽命膠體電池。配電系統采用施耐德開(kāi)關(guān)，內置隔離變壓器，輸出分路個(gè)設有備用分路，供靈活使用。
　　
　　3.2.1 驅動(dòng)系統UPS
　　
　　臺達C系列模塊化UPS是針對中國電網(wǎng)環(huán)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(shù)性能強高、可靠性高、操作性佳、易于維護，便于管理的特點(diǎn)。
　　
　　典型技術(shù)特點(diǎn)：
　　? 模塊化設計，每個(gè)模塊功率為20KVA?？蒒+X冗余備份，易擴展最多可達8個(gè)模塊，可靠度強
　　? 輸入整流器采用申請專(zhuān)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(shù)使得可靠性提高并具備快速的動(dòng)態(tài)響應；
　　? 控制電源及靜態(tài)開(kāi)關(guān)等控制線(xiàn)路雙備份設計；
　　? 高輸入功率因數，低諧波，可以減少對電網(wǎng)的諧波污染，降低對發(fā)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(mǎn)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(jīng)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(dòng)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(jiàn)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(kāi)關(guān)，配電分路都設有一路或2路備用開(kāi)關(guān)，以便靈活使用。XL-21動(dòng)力配電箱配電箱結構、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(kāi)門(mén)形式，前門(mén)打開(kāi)后元件不外露只有操作手柄，保證不會(huì )誤碰導電體。進(jìn)線(xiàn)方式為上進(jìn)上出接線(xiàn)，元件安裝在箱內支架上，出線(xiàn)自上而下可分多路出線(xiàn)，板前接線(xiàn)。為方便出線(xiàn)，開(kāi)關(guān)進(jìn)出線(xiàn)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的防腐能力，色標在設計聯(lián)絡(luò )會(huì )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(xiàn)。
　　
　　2）XL-21動(dòng)力配電箱母線(xiàn)系統
　　
　　a.箱內的主母線(xiàn)和配電母線(xiàn)均為銅母線(xiàn)材料，其相對導電率大于99%。
　　b.母線(xiàn)采用絕緣母線(xiàn)夾及支件加以固定，分路開(kāi)關(guān)進(jìn)線(xiàn)均從母線(xiàn)上引來(lái)。柜內母線(xiàn)色標顏色符合GB2681-81《電工成套裝置中的導線(xiàn)顏色》的規定。柜內母線(xiàn)的相序排列從裝置正面觀(guān)察符合下表的排列。
　　
　　柜內母線(xiàn)的相序排列從裝置正面觀(guān)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(yáng)光長(cháng)壽命膠體電池。設計壽命為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

　　說(shuō)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(shí)采用雙系統并聯(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，減小故障維護時(shí)間。兩套控制電源系統之間采用母聯(lián)開(kāi)關(guān)K連接，通過(guò)切換開(kāi)關(guān)達到系統的切換。如下附圖系統接線(xiàn)圖。

　　
　　兩套MCS1800嵌入式II型系統通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)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(diǎn)如下：
　　? 可使用于19”或21”標準網(wǎng)絡(luò )機柜,也可直立防置
　　? 可選擇2個(gè)模塊并聯(lián)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(jīng)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(kāi)機功能
　　? 可作雙機熱備份串聯(lián)運作
　　? (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
　　? 內建SNMP插槽,可作網(wǎng)絡(luò )遠程監控
　　? 標準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：
　　
　　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(wú)需配置蓄電池后備。系統采用每套兩個(gè)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(chǎn)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(shù)特性：
　　
　　1、寬輸入電壓范圍(90Vac～300Vac)
　　2、具有熱插拔功能,可在不影響運作下更換模塊，模塊配置滿(mǎn)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(zhuān)利
　　4、高效率(24Vdc時(shí),效率>88%)
　　5、先進(jìn)的負載均流技術(shù),均流特性極佳　
　　6、具有智能的監控單元，在中文窗口環(huán)境下,用CANBUS通信界面,通過(guò)RS-232達到智能型三遙功能
　
　　3.4.2.2 雙系統并聯(lián)技術(shù)
　　
　　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(shí)采用雙系統并聯(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，減小故障維護時(shí)間。兩套控制電源系統之間采用母聯(lián)開(kāi)關(guān)K連接，通過(guò)切換開(kāi)關(guān)達到系統的切換。如下附圖系統接線(xiàn)圖。

　　
　　兩套MCS1800嵌入式II型系統通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)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(yōu)質(zhì)冷軋鋼板加工而成，采用前開(kāi)門(mén)形式，前門(mén)打開(kāi)后組件不外露只有操作手柄，保證不會(huì )誤碰導電體。進(jìn)線(xiàn)方式為電纜下進(jìn)線(xiàn)，組件安裝在箱內支架上，出線(xiàn)自上而下可分多路出線(xiàn)，板前接線(xiàn)。為方便出線(xiàn)，開(kāi)關(guān)進(jìn)出線(xiàn)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的防腐能力，色標在設計聯(lián)絡(luò )會(huì )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(xiàn)。
　　
　　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(dòng)電源UPS電源系統配置：
　　
　　驅動(dòng)UPS主機(含模塊)+電池組(含電池柜)臺+配電柜共三面柜。
　　
　　驅動(dòng)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(xiàn)開(kāi)關(guān)）。
　　
　　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(xiàn)開(kāi)關(guān)等）。
　　
　　3.2.2 三側站臺電源方案
　　
　　1）驅動(dòng)電源系統配置：
　　
　　驅動(dòng)UPS主機(含模塊)+電池組(含電池柜)臺+配電柜共三面柜。驅動(dòng)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(xiàn)開(kāi)關(guān)）。
　　
　　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?？刂芔PS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(xiàn)開(kāi)關(guān)等）。