★ 中鐵六局集團電務工程有限公司 趙曉寒

關鍵詞：雙電源切換；軌道交通；低壓動力照明；供電技術；切換邏輯

低壓動力照明供電系統作為軌道交通供電系統的重要組成部分，其運行穩定性直接影響著軌道交通車站內各類設備的運行工況以及乘客的乘車體驗。在實際運行過程中，由于各種因素的影響，如主電源故障、設備老化等，低壓動力照明供電系統常常面臨供電不穩定的問題。因此，研究一種高效、可靠的軌道交通低壓動力照明供電技術，對提升軌道交通系統的整體性能和安全性具有重要意義。

針對低壓動力照明供電系統供電不穩定的問題，研究者們提出了一系列解決方案。例如：文獻 [ 1] 中通過配置冗余電源設備，在主電源出現故障時能夠迅速切換至備用電源，以保障供電的連續性；文獻 [2] 中提出了優化供電系統架構、提升設備性能的方法，以進一步提高供電系統的穩定性和可靠性。雖然這些方法在一定程度上緩解了供電不穩定的問題，但仍存在一些共性缺陷。例如，電源切換過程中極易產生的供電中斷、電壓波動等問題，會對設備造成損害，甚至影響軌道交通系統的正常運行。

基于上述分析，本文提出了一種基于雙電源切換的軌道交通低壓動力照明供電技術。該技術通過優化雙電源切換裝置的配置、設計合理的切換邏輯以及對照明負荷與動力負荷進行分別供電等策略，旨在進一步提升供電系統的穩定性和可靠性。與傳統方法相比，本文提出的技術能夠更有效地應對主電源故障等突發情況，確保供電的連續性和穩定性。同時該技術還能夠根據不同負荷的用電需求進行精細化供電設計，提高了供電系統的運行效率和可靠性。

1   軌道交通低壓動力照明供電技術設計

1.1   配置雙電源切換裝置

在軌道交通低壓動力照明供電系統中，首先配置雙電源切換裝置。根據軌道交通低壓動力照明系統的具體需求完成裝置部署，其由以下幾部分組成：

（1）輸入電源模塊：用于接收主電源和備用電源的輸入，確保兩個電源的信號能夠正常接入裝置。

（2）切換控制器：作為裝置的核心部件，切換控制器負責監測兩個電源的狀態，并根據預設的邏輯判斷何時進行電源切換。它通常具備電壓檢測、電流監測、故障報警等功能。

（3）切換執行機構：在切換控制器的指令下，切換執行機構負責實際完成電源的切換動作。這通常包括斷路器、接觸器等電氣元件。

（4）保護電路：用于防止電源切換過程中產生的過電流、過電壓等異常現象，保護用電設備和雙電源切換裝置本身的安全。

（5）通信接口：提供與上位機或遠程監控系統的通信連接，實現遠程監控、故障報警等功能。

設置雙電源切換裝置的切換時間（T_witch）、電壓范圍（U_rαnee）、電流容量（I_ratd）等關鍵參數，確保在主電源故障時能迅速切換至備用電源，同時保證供電質量。為確保快速切換、減少供電中斷時間，切換時間應滿足T_witch ≤0 .2秒； 雙電源切換裝置處理的電壓范圍與軌道交通系統的額定電壓相匹配， 包括額定電壓及其允許的波動范圍，約束條件如式（1）所示：

式（1）中，U_min和U_mas分別表示系統允許的最小和最大電壓[3]。雙電源切換裝置能夠承載的最大電流根據軌道交通系統的負載需求來確定， 以確保設備在正常運行時不會過載。其具體公式如式（2）所示：

式（2）中，I_load表示系統實際負載電流。在電氣室內選取易操作、便于后期維護的安裝位置，按照雙電源切換裝置的安裝指南進行安裝與接線工作，保障設備的安全運行，最終完成雙電源切換裝置的配置。

1.2   搭建軌道交通低壓動力照明供電系統

在配置好雙電源切換裝置后，搭建軌道交通低壓動力照明供電系統。該系統需滿足軌道交通車站內所有動力設備和照明設備的用電需求，并確保供電的穩定性和安全性。根據車站或隧道的照明與動力設備負荷需求，通過負荷計算，確定系統的總用電量和各分支電路的用電需求，具體計算公式如式（3）所示：

式（3）中，P_total表示總用電量； pi表示每個設備的功率。對低壓動力照明供電系統的整體架構進行規劃設計，包括電源輸入、配電箱、電纜線路、照明與動力設備等。根據系統規劃，選擇符合要求的配電箱、電纜、開關等關鍵設備，同時合理設計電纜線路的路徑，避免管線交叉或電磁干擾。

結合現場條件確定最優的電纜線路敷設方式。根據電纜的導體截面積、長度、材質等參數，計算電纜的阻抗，利用歐姆定律和電壓降公式，計算電纜線路在不同負荷下的電壓降，確保供電質量，具體計算公式如式（4）所示：

式（4） 中，表示電壓降；I表示電流；Z表示電纜阻抗；L表示電纜長度。施工階段需確保電纜線路敷設整齊、牢固，避免彎曲過度或損傷。根據照明設計圖，將照明燈具接入相應的照明回路，確保燈具的接線正確、牢固；將動力設備接入相應的動力回路，確保設備的接線符合電氣安全標準。系統配置過載、短路等保護裝置，確保動力設備的安全運行。通過以上步驟，最終搭建了一個滿足軌道交通車站內所有動力設備和照明設備用電需求的低壓動力照明供電系統。

1.3   設置雙電源切換邏輯

為確保雙電源切換裝置能夠正確、迅速地切換電源，本文根據軌道交通系統的實際情況定制了合理的雙電源切換邏輯。該邏輯包括主電源與備用電源的切換條件、切換順序以及切換后的恢復策略等。簡化的雙電源切換邏輯流程如圖1所示。

圖1 雙電源切換邏輯流程圖

關于切換條件，當檢測到主電源出現電壓過低、頻率不穩定或完全斷電等異常情況時， ATS立即啟動切換程序。但在進行切換之前， ATS先確認備用電源的狀態是否正常，即其電壓、頻率等關鍵參數是否均在允許的范圍內。

關于切換順序，若主電源發生故障， ATS首先嘗試將供電切換至備用電源。而當主電源故障被修復并恢復正常后，根據具體設定ATS選擇自動或手動的方式將供電切換回主電源。

關于恢復策略，切換過程中需確保負載供電的連續性，以避免瞬間斷電或電壓波動對設備造成損害。同時ATS詳細記錄每次切換的信息，并在切換失敗或出現異常情況時發出報警信號。

根據實際的運行情況和負載需求，對切換邏輯的參數進行調整，包括切換時間、電壓波動范圍等。參數調整完成后進行電源切換功能的測試，以確保切換邏輯的正確性。

1.4   分別對照明負荷與動力負荷進行供電

在軌道交通低壓動力照明供電系統中，照明負荷與動力負荷的用電需求是不同的，對照明負荷與動力負荷進行分別供電是確保系統高效、穩定運行的重要策略。照明負荷較為分散，其用電需求相對穩定，但受時間和季節的影響。為了優化照明負荷的供電，需結合燈具的布局和功率需求，合理安排配電箱的位置和數量，以減少線路損耗，并選擇高效、節能的照明設備，以降低能耗、提高照明質量。照明負荷的計算公式如式（5）所示：

式（5）中， pi表示每個照明設備的功率。考慮照明負荷的波動性和季節性變化，在設計階段合理預留冗余容量。動力負荷容量較大、負荷集中，為了優化動力負荷的供電，需結合設備的功率需求和運行特點，合理安排變壓器的容量和數量，以確保供電的充足性和穩定性。動力負荷的計算公式如式（6）所示：

式（6）中，P_j表示每個動力設備的額定功率；K_j表示在考慮設備的實際使用情況下設備的負載系數。在總動力負荷計算過程中，需考慮設備的啟動電流、運行時間和負載變化等因素，合理預留冗余容量，以確保供電系統的穩定性和可靠性。對照明負荷與動力負荷分別進行供電設計，可精確滿足這兩種負荷的用電需求，提高了供電系統的運行效率和可靠性。

2   實驗測試與結果分析

為驗證本文提出的基于雙電源切換的軌道交通低壓動力照明供電技術的實際效能與技術優勢，我們進行對比實驗測試。實驗分別采用方法1（配置冗余電源設備的照明供電控制方法）和方法2（基于直流集中供電的地鐵車輛段照明供電方法）作為對照。

2.1   實驗環境

實驗在模擬的軌道交通車站環境中進行，平臺布局和設備配置均貼合現場實際工況。實驗設備包括雙電源切換裝置、配電箱、電纜線路、照明燈具和動力設備等，所有設備均按照實際使用標準進行選擇和配置。實驗過程中，通過模擬主電源故障、電壓波動等異常情況，對不同方案下的供電性能和系統運行穩定性進行測試。

2.2   實驗參數

實驗過程中設置多種參數以全面評估三種供電方法的綜合運行性能，具體實驗參數設定如表1所示。

表1 實驗參數表

由表1可知， 實驗首先對主電源和備用電源的電壓范圍、頻率等參數進行設定，以確保它們在正常范圍內波動；其次根據照明負荷和動力負荷的實際需求，對不同的負載電流和功率進行設定，以模擬實際使用情況；最后對電壓波動范圍等關鍵參數進行設定，以評估不同方案下供電系統的電壓穩定性與運行可靠性。

2.3   供電結果分析

在實驗測試階段，基于搭建的模擬實驗環境與預設的各項參數，復現軌道交通低壓動力照明系統的實際運行情況，并分別應用本文技術和兩種對比方法進行照明供電。在相同的實驗條件下模擬主電源故障，通過監測電壓波動情況評估各種供電方法的實際性能。各方法的具體供電結果如圖2所示。

圖2 供電結果圖

由圖2可知，相比其他兩種供電技術，本文所提出的技術在應對主電源故障時，表現出了更高的穩定性和更快的響應速度，且系統電壓波動范圍較小，電壓能夠更快地恢復到穩定狀態。該優勢源于雙電源切換裝置的參數高效配置和切換邏輯的合理設計：雙電源切換裝置能夠快速響應主電源故障信號，并在極短的時間內完成電源切換，從而有效減少了供電中斷時間和電壓波動幅度；同時，合理的切換邏輯保障了電源切換的正確性和可靠性，避免了因切換不當而引發的供電問題。綜上所述，本文提出的基于雙電源切換的軌道交通低壓動力照明供電技術能夠有效應對主電源故障等突發情況，保障了供電的連續性和穩定性。

3   結束語

本文提出的基于雙電源切換的軌道交通低壓動力照明供電技術，通過優化雙電源切換裝置的配置、設計合理的切換邏輯以及對照明負荷與動力負荷進行分別供電等策略，顯著提升了供電系統的穩定性和可靠性。實驗結果表明，該技術能夠有效應對主電源故障等突發情況，保障了供電的連續性和穩定性，為軌道交通系統的安全、高效運行提供了有力保障。未來，將繼續深入研究和完善該技術，進一步提高其適用性和智能化水平，以適應軌道交通系統不斷發展的需要。

作者簡介：

趙曉寒（1993-）男，河北衡水人，助理工程師，學士，現就職于中鐵六局集團電務工程有限公司，研究方向為機電工程。

參考文獻：

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[2] 楊樹松, 朱晉文, 盛錦江, 等. 直流集中供電技術在地鐵車輛段照明中的應用[J]. 城市軌道交通研究, 2023, 26 (07) : 265 - 270.

[3] 郝瑞芳. 高校圖書館數據中心雙電源切換供電改造[J]. 電力電子技術, 2023, 57 (06) : 40 - 41.

摘自《自動化博覽》2026年6月刊