第29卷第2期昆明理工大学学报(理工版)
2004年4月 Journal of Kunming University of Science and Technology (Science and Technology ) Vol. 29 No 12 Apr. 2004
地铁屏蔽门的供电及保护设计
陈海辉
(华南理工大学工控学院, 广东广州 510640)
摘要:, 免维护铅
酸蓄电池的直流供电方案, 采用TN -S 接地方式、的系统保护措施. 将一次开/. 以费用为目标函数进行优化计算, , 并给出了一个实例. 关键词:地铁屏蔽门; ;TN -S 接地:A文章编号:1007-855X (2004) 02-0045-04
Design of Po wer Supply and Protection
f or Metro Platf orm Screen Doors
CHEN Hai 2hui
(School of Industrial Equipment and Control Engineering ,South China University of Science &Technology ,Guangzhou 510640, China )
Abstract :The electrical load feature and power supply requirement of Platform Screen Doors are analyzed. DC Power Supply system adopting High Frequency Switch Module and maintenance -free battery group , system protection methods including TN -S ,and door body keeping equal potential with the steel gauge and also isolating from the platform construction are designed for Platform Screen Door. One recycle of the open and close door is considered as a short impact to determine the time of electrical discharge of the battery group. The total fee is regarded as a goal function to reasonably choose the optimized quantity of High Frequency Switch Module and Battery Group by optimized calculation method , and one practical example is also given.
Key words :Platform Screen Doors ;DC Power ;High Frequency Switch Module ;TN -S Earthing
符号说明:
C 10———蓄电池10h 放电总量,Ah
I bo ———蓄电池放电电流设计值,A I d ———DCU 最大工作电流,A
I e ———高频开关模块整流额定电流,A I f ———蓄电池组最大充电电流,A I h ———最远处母线组最大电流,A I k ———控制电源电流,A I m ———驱动电源最大电流,A L ———导线总长,m
R i ———最远线路导线电阻, Ω
S ———导线横截面积,m 2
U g ———降压硅链电压降,V
U f ———蓄电池组浮充电压,V U s ———蓄电池单体的浮充电压,V U f a ———最末端DCU 电压,V U o ———DCU 最小工作电压,V U so ———蓄电池单体的截止电压,V U q ———DCU 额定电压,V
ρ—Ω・——导线电阻率, m
η———为DC/DC 转换装置的转换效率
收稿日期:2003-11-07. 基金项目:深圳企业博士后课题.
作者简介:陈海辉(1968～) , 男, 博士后. 主要研究方向:过程装备与控制工程. E -mail :chenhaihui @163. net
46昆明理工大学学报(理工版) 第29卷
0引言
地铁屏蔽门具有节能安全等功能, 广州地铁、深圳地铁2003年将率先安置使用[1]. 地铁屏蔽门虽然是一高新技术产品, 只要正确分析了地铁屏蔽门的供电需求, 提出合理的设计计算方案, 保证电源系统安全, 该部分可以完全国产化[1,2].
地铁屏蔽门选用直流电机作驱动机构, 统一集中直流供电, , [2]分析其设计的各影响因素, 参考了文献[3]、[4]的部分内容, , 但没有设计控制系统的供电、系统保护措施. 本文总结文献[12], 及其系统保护措施, .
1供电特点及要求
AC380V 供电转换成直流驱动电源, 该驱动电源被引入到门控器DCU 和DC/内置电源变换器供电给电机、声光警告装置、电路等当地执行机构. DC/DC , 以适合控制系统的要求. DCU 额定电压U q 一般接近且不大于DC110V , 具体值根据DCU 的工作电压上限而定, 与大多数DCU 相配套的U q 取96V.
直流电机具有良好的启动机械性能, 地铁屏蔽门都选用它作驱动机构. 开门时间一般3s , 关门为3. 5s , 开/关循环一次为120s. 地铁屏蔽门开关时, 电机电流剧增, 负载特点如图1. 开/关门时每个DCU 输出电流可达4A ,60个DCU 则需要驱动
电源提供240A. 门全开和关闭状态时每个DCU 输出电流约0. 8A. 控制电源的最大功率约1kW.
地铁屏蔽门供电要求如下:(1) 正常情况下地铁屏蔽门由主电源供应. 当主电源发生故障时, 电源自动切换装置自动将主回路切换到备用电源, 将备用电源投入使用; (2) 交流断电后, 蓄电池组保证地铁屏蔽门能开/关循环几次(一般为3～5次) , 保证PSC 、PSA 、PS L 等控制设备在停电后能持续工作0. 5h. 当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; (3) 供电系统具有较好的监控系统, 与中央通信; (4) 尽量使用占地面积小的设备; (5) 可靠性高.
2设计方案
整个供电系统设计如图2所示, 主要由电源自动切换装置、充电模块、降压硅链、微机监控装置、绝缘监测装置、防雷装置、免维护蓄电池、馈线回路、DC/DC 转换等构成. 整流充电设备选用高频开关模块式[4]. 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经过计算要求超过200AH , 选用免维护铅酸蓄电池.
屏蔽门系统采用TN -S 接地方式, 将中性导体(工作零线) 和保护导体(保护地线PE ) 在系统中分开(安装在屏蔽门门体上的设备金属外壳及金属保护管与门体相连, 工作零线悬浮) . 安装在屏蔽门门体上的设备外壳及金属保护管与门体等电位, 屏蔽门的门体与钢轨之间采用一点连接, 即要求门体与钢轨保持等电位, 如图3, 每侧屏蔽门各单元及各个单元之间用TMY -60×4进行连接, 总电阻不大于0. 1Ω. 屏蔽门门
Ω. 体与站台结构绝缘, 绝缘电阻不小于0. 5M
3优化设计
以费用为目标函数进行优化, 重复以下(1) ～(3) 的步骤, 就可选到合适参数, 得到合理的直流驱动电
第2期 陈海辉:地铁屏蔽门的供电及保护设计47
源方案
.
(1) 高频开关模块个数N m 的计算
当上行、下行地铁屏蔽门同时动作时, 驱动电源需提供最大电流I m . 设有N d 档门同时动作, 则有:
I m =N d ×I d +I f +24I k /96η
=N d ×I d +I f +I k /4η
(1)
I d 为DCU 的最大工作电流, DCU 供应者提供该数
值.
I f 与蓄电池组容量有关, 可取0. 2C 10, 即
(2) I f =0. 2C 10
I k 控制电源电流, η为DC/DC 转换装置的转换效
率.
高频开关模块110V 下的整流额定值I e 可选40A 或60A 型号.
考虑冗余1个模块, 则 N m ≈
+1I e
(3)
(2) 蓄电池单体数量N b 的计算
N b ≈
U s
(4) (5)
U g =U f -U q
压U f 可取110V .
U s 为蓄电池单体的浮充电压, U g 为降压硅链电压降. 正常情况下蓄电池组处在浮充状态, 其浮充电
48昆明理工大学学报(理工版) 第29卷
末端DCU 上的电压U f a 不低于DCU 最小工作电压U o , 即 U f a ≥U o 正常工作情况下
U f a =U q -I h ×R i 蓄电池供电情况下
U f a =N b U so -I h ×R i
母线, 每组母线供应6个DCU 电流,
I h ≈6I d R i =ρ
(9) (10) (6) (7) (8)
U so 为蓄电池单体的截止电压, I h , i . 5组
ρDCU 的导线总长, S 为导线横截面积. L 可达300m , DCU 内置了变压器, 其工作范围较大, 比较方便选定导线粗细.
(3) 蓄电池放电曲线满足主电源、备用电源都发生故障后, 地铁屏蔽门能够完成开/关门循环N r 次, 控制系统持续工作半小时. 参考ANSI -IEEE Std 485-1978的标准, 本文认为可将一次开/关门循环定为一次短暂电流冲击, 即将蓄电池放电时间确定为N r min .
依据蓄电池的选择原则, 需要考虑设计系数(可取1. 10) 、温度系数(可取1. 05) 、寿命系数(可取1120) , 蓄电池可靠系数δ则可取1. 40.
蓄电池放电电流设计值I bo ,
δ(11) I bo =N d ×I d ×
查蓄电池容量数据表选定C 10, 确保放电N r min 后, 其截止电压不低于U so , 放电电流不低于I bo . 如某一品牌DCU 的额定工作电压DC96V 、工作电压范围77～110V , 门启动时最大电流3. 20A , 一个标准车站(60个门) 的直流驱动设计, 经过本文方法优化选用48只阳光牌A706/175AH 蓄电池、7个40A/110V 智能高频开关模块电源为整个屏蔽门系统供电. 参考文献:
[1]陈海辉. 地铁屏蔽门国产化样机及系列关键技术研究[R ].华南理工大学/方大集团博士后研究工作报告, 2002. 72～
81.
[2]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. [3]牛淑金, 杨明. 电站蓄电池直流系统设计[J ].海河水利, 1997, (3) :36～37.
[4]王典伟. 电力工程直流电源系统GZD 、GZDW 直流电源柜设计选型手册[M ].北京:中国电力出版社, 1998. 110～132.