地铁屏蔽门在线式UPS 应用探讨

　　摘要：地铁屏蔽门电源主要由驱动电源和控制电源两部分组成，它们一般采用具有高可用性的模块化UPS 系统进行不间断供电。基于此，文章结合某工程地铁屏蔽门在线式UPS 的应用实例，对驱动电源系统、控制电源系统、在线式UPS 技术原理以及应用技术方案等方面进行了全面介绍和分析。希望通过本文，能对地铁屏蔽门在线式UPS 今后的应用提供借鉴和参考。

　　关键词：地铁屏蔽门;在线式UPS;驱动电源;控制电源

　　地铁屏蔽门系统具有保护乘客安全、节约运营能耗、改善站台候车环境的功能，为地铁无人驾驶技术的实现创造了条件，近年来得到广泛应用。供电系统作为屏蔽门系统最重要的组成部分，主要由驱动电源系统和控制电源系统组成。为了保证地铁屏蔽系统能不间断供电，地铁屏蔽门电源系统必须具备高可靠性、良好的可维护性和冗余的故障容限等特点。

　　由于在线式UPS 有着其他UPS 和稳压电源无法比拟的优点，技术性能强、可靠性高、易于维护和管理，使得它在地铁屏蔽门电源系统中得到了广泛应用。在线式UPS 在工作时，首先将市电转化为直流电给UPS 电池充电，同时逆变器将此直流电逆变为交流电为负载供电，它逆变出来的电压很稳定。逆变电路一直在工作，当停电时，在线式UPS 能在10 毫秒内启动蓄电池组将存储的电能转化为交流电对负载供电，达到为屏蔽门系统不间断供电的目的。

　　一、地铁屏蔽门电源系统概述

　　地铁屏蔽门供电系统主要由驱动电源系统、控制电源系统和站台照明箱三部分组成。其中，驱动电源系统，功率一般为40-60KVA 左右，主要为地铁站里屏蔽门的驱动马达供电，其功率主要取决于地铁站中屏蔽门的个数。控制电源系统容量大多只有几百瓦到几KVA，一般采用冗余的供电方式，电压等级有24V/48V/110V 等。另外，屏蔽门供电系统还包括配电系统和照明系统，屏蔽门电源系统一般采用隔离变压器。图1 是屏蔽门供电系统的框图。

　　图1 屏蔽门供电系统中，驱动电源和控制电源均由高可靠性、模块化的UPS 系统组成冗余不间断供电系统。电源子系统采用具有高可靠性的组件，能降低系统故障概率;各部件采用模块化设计，易于维护和管理;在线式UPS 系统体积小巧，智能化程度高，绿色高效。

　　二、在线式UPS 工作原理及技术简介

　　在线式UPS 具有明显的优点，目前在地铁屏蔽门供电系统中正得到广泛应用。图2 是在线式UPS 系统结构框图。市电电源经滤波器对来自电网的电磁干扰和射频干扰进行衰减和抑制处理，然后分4 路控制后级电路的运行：(1)直接经交流电旁路供电通道被馈送到UPS 的自动旁路开关上，经滤波器输出至负载;(2)经充电器对UPS 机内的电池组进行充电，当供电中断时，蓄电池能继续维持UPS 的正常工作;(3)送到具有“输入功率因数校正”控制特性的UPS 整流滤波器的输入端;(4)向UPS 的锁相同步电路输送市电同步跟踪信号。

　　当逆变器启动开关被按下后，UPS 的逆变器电源进入正常工作阶段。正常工作时，整流器和滤波器将市电电源转换成直流高压电源V1 送到逆变器电源的直流总线输入端。当市电电源供电正常时，DC/ DC 直流变换器不工作，且不向逆变器提供任何能量，此时逆变器将直流电源V1 变成50Hz 正弦波电源VΦ，由逆变器电源对用户负载进行供电。当市电停电时，DC/DC 变换器立刻工作，此时蓄电池通过DC/ DC 直流变换器向逆变器提供能量，逆变器将直流电源V3 变成50Hz 正弦波电源VΦ，并继续对负载供电。

　　三、在线式UPS 的优点及使用时应注意的问题

　　在线式UPS 采用最先进的高智能容错UPS 和N+X 架构设计，提高了系统容错度，能满足不断变化的负载需求，且能按需扩容，具备最短系统修复时间能力的高可靠。UPS 逆变器能输出高质量正弦波电源，其在电气特性方面具有电压稳定、频率稳

　　图2在线式UPS 系统结构框图

　　定、失真小、无干扰、不间断五个显著的优势，目前任何一种交流稳压电源输出的电源能无法与之相比拟。

　　我们在使用UPS 时应注意以下四个问题：(1)使用UPS 电源后，可不用再加交流稳压器。如果一定要加的话，应将交流稳压器加在UPS 的前级，即市电电源先经过交流稳压器，再经UPS， 最后输送到负载。(2)当UPS 带负荷时，应避免频繁开关逆变器，否则可能会损坏UPS 逆变器和静态开关。(3)UPS 工作负载应适中，一般UPS 负载越小，可靠性越高。(4)环境温度尽量控制在20℃左右，若温度过高，蓄电池的寿命会大大缩短;若温度过低，蓄电池可释放的容量则会大大减少。(5)应适当对UPS 进行放电，一般三个月一次，每次几分钟到十几分钟，从而保证电池的活性，放电后再恢复市电对电池充电。

　　四、地铁屏蔽门在线式UPS 应用方案(一)供电系统总体设计集成

　　地铁屏蔽门供电系统设计如图3 所示，主要由电源自动切换装置、整流充电模块、蓄电池、降压硅链、绝缘监测装置、防雷装置、DC/DC 转换和馈线回路等构成。其中，整流充电设备选用高频开关模块式，充电模块、DC/ DC 转换采用N + 1 冗余配置，地铁屏蔽门的电池容量要求超过200 AH ，选用免维护铅酸蓄电池。充电模块一方面对蓄电池组进行浮充电，另一方面通过降压硅链给地铁屏蔽门供电。主电源发生故障时，由电池组对地铁屏蔽门的DCU 供电;交流电源恢复供电时，系统具有自启动功能，保证交流电恢复时能自动恢复正常运行。

　　(二)整流设备和蓄电池选型

　　整流充电设备：采用高频开关模块，主要具有以下七个优点:(1)采用三相无源功率因数校正技术，模块功率因数大于等于0.95;(2)充电模块自带RS485 接口，通过接口与监控模块通信，从而实现遥信、遥测、遥控和遥调功能，同时充电模块也可脱离监控装置单独工作;(3)模块本身具有完善的保护及报警功能，包括交流输入缺相、过压、欠压及直流输出过压、欠压、过流，模块内部过热保护及报警功能;(4)采用先进的软开关技术，可以减小功率开关器件的开关损耗，转换效率达90% 以上;(5)充电模块间采用PWM 均流技术，使得模块并联运行时均流性能优异，并联运行时保证最大电流不平衡度小于或等于±2.5%; (6)体积小，可节省地铁屏蔽门设备室面积;(7)高频开关模块和可控硅相控充电机的市场价格十分接近。

　　蓄电池：地铁屏蔽门的电池容量经过计算要求超过200AH， 因此本文选用免维护铅酸蓄电池，其体积大，适合大容量直流系统。

　　(三)各组成部件简述

　　1.

　　电源自动切换装置：当主电源故障时，电源自动切换装置自动将主回路切换到备用电源，将备用电源投入。

　　2.

　　微机监控装置：微机监控装置主要监测系统的电源自动切换装置、充电装置、蓄电池组、直流馈电单元、电池检测仪和微机绝缘监测装置等。

　　3.

　　充电机：充电机将三相交流转化为直流，正常工作时电池在浮充状态。

　　4.

　　降压硅链：降压硅链串联在电池组与直流母线之间。充电模块输出电压经降压硅链降压后便可输出一个适合DCU 正常工作的直流电压。

　　5.

　　绝缘监测装置：用于实现直流母线及各支路正负极对地绝缘状况的检测，自动显示正负极对地电压和接地电阻值，在系统过压、欠压、绝缘电阻过低时进行报警。

　　6.馈线回路：馈线回路采用单母线分段的方式。所有馈线

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　　图3地铁屏蔽门供电系统设计

　　开关均选用高分断能力的直流断路器，并设有辅助的脱扣报警触点。各馈线开关选用，考虑了上下级配合，保证直流侧故障时各馈线支路既能可靠分断而又不越级跳闸。为了显示各馈线支路的通断状态，每个馈线支路均设置了状态指示灯。

　　7.蓄电池：蓄电池组由免维护铅酸蓄电池、电池检测仪和温度补偿采样装置构成。

　　五、结语

　　综上所述，本文对地铁屏蔽门供电电源系统以及在线式UPS 的工作原理、优点和使用时应注意的事项进行了简要介绍，并结合笔者多年的安装、调试及维护工作经验，对地铁屏蔽门在线式UPS 应用技术方案进行了深入探讨。地铁屏蔽门供电线路长，设计时应考虑线路电压降、两次开机等待时间在1min 以上、优先采用高频模块电源等问题。希望通过本文，能给地铁屏蔽门在线式UPS 今后的应用提供一定的参考和借鉴。

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