论地铁屏蔽门控制UPS系统的优化.doc

1、1论地铁屏蔽门控制 UPS 系统的优化摘要：作为为屏蔽门控制系统提供无间断电源的设备，地铁屏蔽门控制 UPS 系统的可靠性对屏蔽门系统整体性能有着巨大影响。地铁屏蔽门电源主要由驱动电源和控制电源两部分组成，通常采用具有高可用性的模块化 UPS 系统进行不间断供电。文章结合相关实例，论述了地铁屏蔽门控制 UPS 系统的优化，仅供大家参考。 关键词：地铁屏蔽门控制、UPS 系统、优化 中图分类号：U231+.3 文献标识码：A 文章编号： 一、前言 地铁屏蔽门系统具有许多重要功能：保护乘客安全、改善站台候车环境、节约运营能耗，近年来得到广泛应用，为地铁无人驾驶技术的实现创造了条件。作为屏蔽门系统最

2、重要的组成部分，供电系统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良好的可维护性、高可靠性和冗余的故障容限等特点。 与其他 UPS 和稳压电源相比，在线式 UPS 有着无法比拟的优点，可靠性高、技术性能强、易于维护和管理，广泛应用于地铁屏蔽门电源系统中。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2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效果。 二

3、、地铁屏蔽门电源系统概述 下图 1 所示为屏蔽门供电系统的框图，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二部分组成。其中，驱动电源系统，功率一般为 40-60KVA 左右，主要为地铁站单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千瓦，通常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 屏蔽门供电系统框图 在图 1 屏蔽门供电系统中，驱动电源和控制电源均由模块化、高可靠性的 UPS 系统组成冗余不间断供电系统。电源系统采用

4、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，绿色高效，智能化程度高。 三、在线式 UPS 工作原理及技术简介 现阶段，由于在线式 UPS 的巨大优点，广泛应用于地铁屏蔽门供电3系统中。在线式 UPS 系统结构框图如图 2 所示。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“

5、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。 图 2 在线式 UPS 系统结构框图 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 V，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，由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，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

6、 变成 50Hz 正弦波电源，并继续对负载供电。 4四、控制 UPS 系统的最初设计原理及各项功能指标 控制 UPS 系统采用在线式双转换技术、IGBT 整流器、EMC B 级滤波器;并配备液晶显示屏，以简体中文菜单方式显示设备的技术参数;并配置内置式输入/输出隔离变压器。 控制 UPS 系统具备以下功能： （1）UPS 采用在线工作方式且不会对系统造成电磁干扰，即各模块可以在线热插拔和进行在线维修，整个系统无单点故障，系统内任何一部分故障都可以进行隔离，不会影响整个 UPS 的正常工作。 （2）各功率模块可分别独立运作，相互协调，即使控制模块故障也不会对整机工作产生影响。 （3）为保证 UP

7、S 的不间断供电，UPS 能够进行在线式维修，并且在维修过程中不影响安全门系统的正常工作。即具有静态旁路和维修旁路功能，设置内置式自动旁路及内置式维护旁路（手动）开关，旁路开关自动切换时间3ms。 。 （4）UPS 系统具有完善的保护功能，如短路保护、过载保护、过热保护及输入浪涌抑制功能。 （5）UPS 采用模块化设计，具有完善的 N+1 冗余备份功能。 （6）电磁兼容和抗静电能力满足相关规范和标准的要求。抗静电能力符合 IEC801-2 抗静电 25000V 的规定；电磁兼容性符合 EN50091-2 的A 级标准。 （7）UPS 系统具备蓄电池管理功能：对蓄电池限流充电、过放电保护能力，具

8、备蓄电池容量在线监测、设置电池放电终止电压、强制蓄电5池退出、定期对蓄电池进行充放电维护等功能。 五、地铁屏蔽门控制 UPS 系统问题概述 1、控制 UPS 系统在使用中出现的问题 （1）在地铁供电系统低压回路做日常检修工作时，试验双切功能时，造成屏蔽门控制 UPS 系统电源输入总空开跳闸。 （2）控制 UPS 系统在电压不稳、频繁停送电时等恶劣工况时，在重新送电瞬间，造成充电模块烧毁，同时电源输入总开关过流保护跳闸。 （3）在屏蔽门日常检修工作中，对控制 UPS 系统做断电测试，恢复送电瞬间，可能造成充电模块烧毁。 2、控制 UPS 故障的危害 （1）控制 UPS 系统的输入总空开的误跳闸，

9、虽然恢复简单，影响不大，但同时多站误跳闸或一段时间内数次误跳闸，会给地铁屏蔽门检修人员带来极大的工作压力。 （2）充电模块在最初原设计里，并没有冗余备份功能，其故障直接造成无法对蓄电池充电，蓄电池电能耗尽时之前，如果未将旁路开关切入，将造成控制系统瘫痪，屏蔽门无法正常开关门，同时无法给信号系统关闭且锁紧信号，从而影响地铁列车运行，影响运营秩序。 3、控制 UPS 系统故障分析 （1）断电后充电模块靠高压端的滤波电容还能持续供电一段时间，但电容提供的电压会随着电能的消耗而越来越低，充电模块的调整电路为了保证输出电压的稳定就会增加功率开关管导通的时间并相应地减少6其截留的时间以传递更多的能量，如瞬

10、间来电，就有可能造成一个高压而导致过大的电流对低压端的输出电容进行充电，这个瞬间的冲击电流便是造成充电模块的烧毁或者造成输入总开关的跳闸的罪魁祸首。 （2）由于问题均出在电源上，所以采用示波器对输入电源进行分析。经过现场采集数据得出：在送电瞬间，捕捉到的最大峰值电压为 415V,另通过示波器捕捉到干扰波现象。 六、地铁屏蔽门控制 UPS 系统优化措施 1、控制 UPS 系统优化措施： （1）在控制 UPS 系统输入端安装限流电阻，这个电阻在常温下有较大的电阻值，能够减弱送电瞬间因电容充电而引起的冲击电流对充电模块的影响，随着电流的通过，限流电阻自身温度升高，阻值降低，此后就不在影响电路的工作。

11、但在断电后，滤波电容上存储的电能已经被用掉后，如果这时突然来电则会重新对电容充电，此时限流电阻还没有恢复到保护状态，因此仍会产生很大的冲击电流，这也是此措施的弊端。 （2）对控制 UPS 系统的充电模块的电容容量由原 235 微法加大至470 微法。同时选用耐温值为 105 度（原为 85 度） 、耐压值为 900 伏（原为 800 伏）的电容器件。 2、控制 UPS 系统优化效果 （1）在优化后长达 5 个月的实际使用过程中，没有再出现过在送电瞬间充电模块烧毁或者输入总空开误跳闸的故障。 （2）通过上述的优化措施后，为检验控制 UPS 系统对恶劣工况的承7受力，进行模拟频繁停送电 10 次试

12、验（停送间隔在大于等于 1 秒，小于等于 3 秒） ，试验结果为无任何故障出现。 3、优化措施不足之处及探讨 虽然通过上述优化措施，对控制 UPS 系统故障得以控制，使故障率大大降低，但由于加装的限流电阻只对第一次送电瞬间的冲击电流有抑制作用，短时间再停送电的冲击电流仍无法抑制，因而停送电的频率达到一定阀值时，对设备的危害性依旧很大。 七、结语 总而言之，笔者简要介绍了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，深入探讨了地铁屏蔽门控制 UPS 系统优化措施。通过本文分析，可以为地铁屏蔽门控制 UPS 系统今后的应用提供一定的参考和借鉴。 参考文献： 郭润桥：地铁屏蔽门在线式 UPS 应用探讨 ， 城市建设理论研究（电子版） ， 2011 年 08 期 孙红印 张哲晨：浅谈地铁屏蔽门控制 UPS 系统的优化 ， 城市建设理论研究 ， 2011 年 05 期 朱宁 曾细源：地铁屏蔽门在线式 UPS 应用探讨 ， 技术与市场 ，2011 年 08 期