地铁站台门电源系统研究

地铁站台门电源系统研究

丁树森

青岛地铁集团有限公司运营分公司 266000

摘 要：电源系统作为站台门系统的重要组成部分，其功能的正常与否直接影响站台门的运行，影响到行车安全。本文从电源系统构成、工作方式等方面对站台门电源系统进行分析，并对新式蓄电池进行对比介绍，为后期使用提供理论依据。

关键词：站台门；电源系统；电池

引言：

站台门作为地铁机电系统中的重要组成部分，其沿站台边缘布置，将车站站台和轨行区隔开，能够降低车站空调系统的能耗，防止人员跌落轨行区发生意外，减少了列车运行时的噪音和产生的活塞风对站台的影响，在节能、安全、舒适的乘车环境方面起着重要的作用。

1 站台门电源负载特性及供电需求

站台门用电属于一级负荷，需使用两路互相独立的380V交流电源。

站台门的工作是一种开关门的循环动作，电源系统负载变化较大，负载特性也呈现出冲击电流大、间隙工作的主要特点。因为站台门开关门时驱动负载冲击大的特性，一般站台门都是选用直流驱动的电机，直流驱动的电机有着良好的启动机械性能，可以很好的满足站台门间歇性反复开关门的动作要求。

1 站台门电源系统概况

1.1系统构成

一般选用直流110VUPS电源系统，由驱动电源系统和控制电源系统组成，配有监控系统和不间断电源。电源采用驱动供电和控制供电独立配电的模式，控制电源和驱动电源应采用相互独立的UPS，各配置一组蓄电池组。

驱动电源是依照现场站台门驱动系统设计，实现对门机驱动设备的供电。控制电源主要是给站台门的控制系统，主要包括中央控制盘（P S C）、就地控制盘（P S L）、单元控制器（P E D C）等设备进行供电。

1.1.1驱动电源

驱动电源主要由整流模块、隔离二极管、蓄电池、配电单元、智能监控系统、电池巡检仪和绝缘监测组成。

整流模块分为驱动供电模块和驱动充电模块两组。

图1 驱动电源工作示意图

1.1.2控制电源

控制电源主要由整流模块、DC/DC模块、DC/AC模块、蓄电池、配电单元、智能监控系统、蓄电池巡检仪等组成。

图2 控制电源工作示意图

1.1.3监控系统

驱动电源和控制电源共配置一套监控系统，全方位监测电源系统的各种节点运行参数。

图3 监控系统工作示意图

驱动监控系统监测项目有：监测交流输入电压电流、驱动供电模块输出电压电流和工作状态、监测驱动充电模块输出电压电流和工作状态、驱动母线电压电流、驱动电池电压电流、驱动电池单体电压、驱动输出回路开关跳闸状态等运行参数。

控制监控系统监测交流输入电压电流、控制整流模块输出电压电流和工作状态、24VDC/DC模块工作状态、控制蓄电池电压电流、控制蓄电池单体电压、控制母线电压电流、24V直流母线电压、各馈电回路开关跳闸状态等运行参数。

1.2工作方式

整流模块作用

当交流电正常供电时，整流模块起到两方面作用

一是对蓄电池进行充电，

二是对DC/DC模块、DC/AC模块供电，保证24VDC母线和AC220V母线的稳定输出；

供电模块作用

供电模块提供门单元驱动电机正常工作所需电量。

当交流电正常供电时，无论门单元处于什么样的工作状态，整流模块和蓄电池组均不需向驱动电机供电。

当交流电意外断电时，整流模块和供电模块因失电停止系统工作，站台门正常工作所需的电量由控制电源和驱动电源的蓄电池直接供给，给滑动门提供开关门工作所需电量。

蓄电池经隔离二极管时挂接母线，在驱动交流正常供电和UPS蓄电池供电之间实现零切换，不存在驱动母线供电中断的情况。

1.3系统特点

1.3.1过载能力强

列车运营时，站台门在开启和关闭循环动作的过程中，电机的瞬间电流变化明显，负载的冲击特性十分明显。针对这种冲击性负载特性，站台门电源系统采用了过载能力较强的整流模块，可以在2S内承受2.5倍的负载。

1.3.2可靠性高

站台门电源系统主要部件都是并联冗余设计，一个模块出现故障不会影响其它模块的运行，模块出现故障后灰自动退出系统，并且不会影响整个设备的正常使用；除蓄电池外，整个电源系统不存在单点故障，系统可靠性高。

1.3.3维护方便

所有模块都支持热插拔，出现模块故障情况直接更换模块备件即可。

2 站台门不间断电源电池情况

2.1不间断电源要求

站台门电源系统配有不间断电源系统（UPS）备用，当市电中断后，备用电源（UPS）蓄电池给驱动母线、控制母线供电，再经各驱动回路给滑动门驱动提供所需电量。一小时内能为断电后的站台门提供一定开关门次数（至少5次）的驱动能量。

蓄电池组是不简单电源系统中不可或缺的重要组成部分，对电池组良好的维护和监测显得尤其重要。电源系统配备电池管理功能，可以实时监控单体电池和电池组的电压、充电时的电流、断电后电池的放电电流，并能实现对单体电池和电池组的智能巡检、维护性定期均充等功能，具体如下：

充电功能

系统监控根据设置的充电参数，自动完成电池充电程序，充电参数根据使用电池的类型、容量以及厂家提供的资料设置。

定期维护性均充充电程序

正常运行浮充电状态下每隔1~3个月,智能程序会控制整流模块自动转入恒流充电（主充）状态运行，按阀控式密封铅酸蓄电池正常充电程序进行充电。

电池巡检功能

站台门电源系统配置电池巡检单元，通过对每节蓄电池电压的检测，可对单节和整组的蓄电池的电压状态进行监控并在发现异常时发出报警处理信息。电池巡检单元还可对电池本体的表面温度和电池安装的环境温度进行监测。

2.2不间断电源电池情况研究

UPS系统中蓄电池的选择上，铅酸蓄电池其因价格低，安全性好的优点被广泛采用，目前站台门不间断电源（UPS）系统采用普通铅酸胶体蓄电池情况较为普遍。当电池处于长期不用状态或长时间处于浮充状态，铅酸电池极板的活性物质极易硫化，电池内活性物质量少了，电池的放电能力也逐步下滑，甚至放不出电。电源系统设置有电池养护功能，定期对其进行均充，一定程度上提高了电池寿命。

目前锂电池发展迅速，尤其是磷酸铁锂电池在不间断电源（UPS）中有了较多的应用，其优秀的性能也开始被发现，体积小，寿命长，环保等等，都在促进磷酸铁锂电池应用的规模。

2.2.1对于站台门UPS系统蓄电池的性能要求

安全性能要好，安全是第一要素，坚决不能存在安全隐患。

电池的容量要满足使用需求，电池的容量要能够满足站台门市电断掉后一小时内至少开关5次的要求。

适应性要好，能够与目前电源系统的完全适应，如大小尺寸，充电放电能力要求等，能够满足站台门电源系统的需求。

2.2.2磷酸铁锂电池的优势

表1 铅酸电池和磷酸铁锂电池对比

磷酸铁锂电池的优势主要有以下几点。

1. 容量大，储存性好，磷酸铁锂电池的容量大，储存能力好。

2. 使用寿命长，磷酸铁锂电池使用寿命能够达到10年以上，铅酸电池使用寿命仅为磷酸铁锂寿命的一半年，两者差别明显。

3. 额定电压高，磷酸铁锂电池单体电压为3.2V，铅酸电池单体电压为2V，达到同样电压使用铅酸电池要比磷酸铁锂电池多用30%的用量。

4. 自放电率低，磷酸铁锂电池放电率在3%以下。

5. 重量轻，体积小，因为材料的不同，磷酸铁锂电池的重量大约是铅酸电池的1/3。

6. 温度适应能力强，磷酸铁锂电池的最高工作环境温度区间能够从-45℃到60℃，使用范围十分宽广，而铅酸电池属于化学蓄电池范畴，很容易受到外界温度的影响，充放电的能力比起磷酸铁锂电池有差距。

7. 绿色环保，这是磷酸铁锂电池最为重要的一点优势，磷酸铁锂电池处理主要包括磷酸铁锂材料、铝箔、石墨材料、铜箔、电解质六氟磷酸锂、聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯复合隔膜等等，对人体无害，属于环保电池。

2.3磷酸铁锂电池应用情况

上海地铁新线和改造线路电源系统全部使用磷酸铁锂电池，北京地铁、深圳地铁、昆明地铁、南京地铁均有采用。

3 总结

本文主要对站台门电源系统进行介绍，并对新型磷酸铁锂电池进行优点介绍并提供了与普通铅酸蓄电池的对比，为后期选用不间断电源系统蓄电池提供参考。

参考文献

[1] 刘艳荣．城市轨道交通站台门电源系统应用分析[J]．现代城市轨道交通，2005：14-18．

[2] 李和才,覃圣淋,石海瑶．通信用磷酸铁锂电池与铅酸电池的应用对比[J].四川水泥，2017，126．

作者姓名：丁树森