★ 中铁六局集团电务工程有限公司 赵晓寒

关键词：双电源切换；轨道交通；低压动力照明；供电技术；切换逻辑

低压动力照明供电系统作为轨道交通供电系统的重要组成部分，其运行稳定性直接影响着轨道交通车站内各类设备的运行工况以及乘客的乘车体验。在实际运行过程中，由于各种因素的影响，如主电源故障、设备老化等，低压动力照明供电系统常常面临供电不稳定的问题。因此，研究一种高效、可靠的轨道交通低压动力照明供电技术，对提升轨道交通系统的整体性能和安全性具有重要意义。

针对低压动力照明供电系统供电不稳定的问题，研究者们提出了一系列解决方案。例如：文献 [ 1] 中通过配置冗余电源设备，在主电源出现故障时能够迅速切换至备用电源，以保障供电的连续性；文献 [2] 中提出了优化供电系统架构、提升设备性能的方法，以进一步提高供电系统的稳定性和可靠性。虽然这些方法在一定程度上缓解了供电不稳定的问题，但仍存在一些共性缺陷。例如，电源切换过程中极易产生的供电中断、电压波动等问题，会对设备造成损害，甚至影响轨道交通系统的正常运行。

基于上述分析，本文提出了一种基于双电源切换的轨道交通低压动力照明供电技术。该技术通过优化双电源切换装置的配置、设计合理的切换逻辑以及对照明负荷与动力负荷进行分别供电等策略，旨在进一步提升供电系统的稳定性和可靠性。与传统方法相比，本文提出的技术能够更有效地应对主电源故障等突发情况，确保供电的连续性和稳定性。同时该技术还能够根据不同负荷的用电需求进行精细化供电设计，提高了供电系统的运行效率和可靠性。

1   轨道交通低压动力照明供电技术设计

1.1   配置双电源切换装置

在轨道交通低压动力照明供电系统中，首先配置双电源切换装置。根据轨道交通低压动力照明系统的具体需求完成装置部署，其由以下几部分组成：

（1）输入电源模块：用于接收主电源和备用电源的输入，确保两个电源的信号能够正常接入装置。

（2）切换控制器：作为装置的核心部件，切换控制器负责监测两个电源的状态，并根据预设的逻辑判断何时进行电源切换。它通常具备电压检测、电流监测、故障报警等功能。

（3）切换执行机构：在切换控制器的指令下，切换执行机构负责实际完成电源的切换动作。这通常包括断路器、接触器等电气元件。

（4）保护电路：用于防止电源切换过程中产生的过电流、过电压等异常现象，保护用电设备和双电源切换装置本身的安全。

（5）通信接口：提供与上位机或远程监控系统的通信连接，实现远程监控、故障报警等功能。

设置双电源切换装置的切换时间（T_witch）、电压范围（U_rαnee）、电流容量（I_ratd）等关键参数，确保在主电源故障时能迅速切换至备用电源，同时保证供电质量。为确保快速切换、减少供电中断时间，切换时间应满足T_witch ≤0 .2秒； 双电源切换装置处理的电压范围与轨道交通系统的额定电压相匹配， 包括额定电压及其允许的波动范围，约束条件如式（1）所示：

式（1）中，U_min和U_mas分别表示系统允许的最小和最大电压[3]。双电源切换装置能够承载的最大电流根据轨道交通系统的负载需求来确定， 以确保设备在正常运行时不会过载。其具体公式如式（2）所示：

式（2）中，I_load表示系统实际负载电流。在电气室内选取易操作、便于后期维护的安装位置，按照双电源切换装置的安装指南进行安装与接线工作，保障设备的安全运行，最终完成双电源切换装置的配置。

1.2   搭建轨道交通低压动力照明供电系统

在配置好双电源切换装置后，搭建轨道交通低压动力照明供电系统。该系统需满足轨道交通车站内所有动力设备和照明设备的用电需求，并确保供电的稳定性和安全性。根据车站或隧道的照明与动力设备负荷需求，通过负荷计算，确定系统的总用电量和各分支电路的用电需求，具体计算公式如式（3）所示：

式（3）中，P_total表示总用电量； pi表示每个设备的功率。对低压动力照明供电系统的整体架构进行规划设计，包括电源输入、配电箱、电缆线路、照明与动力设备等。根据系统规划，选择符合要求的配电箱、电缆、开关等关键设备，同时合理设计电缆线路的路径，避免管线交叉或电磁干扰。

结合现场条件确定最优的电缆线路敷设方式。根据电缆的导体截面积、长度、材质等参数，计算电缆的阻抗，利用欧姆定律和电压降公式，计算电缆线路在不同负荷下的电压降，确保供电质量，具体计算公式如式（4）所示：

式（4） 中，表示电压降；I表示电流；Z表示电缆阻抗；L表示电缆长度。施工阶段需确保电缆线路敷设整齐、牢固，避免弯曲过度或损伤。根据照明设计图，将照明灯具接入相应的照明回路，确保灯具的接线正确、牢固；将动力设备接入相应的动力回路，确保设备的接线符合电气安全标准。系统配置过载、短路等保护装置，确保动力设备的安全运行。通过以上步骤，最终搭建了一个满足轨道交通车站内所有动力设备和照明设备用电需求的低压动力照明供电系统。

1.3   设置双电源切换逻辑

为确保双电源切换装置能够正确、迅速地切换电源，本文根据轨道交通系统的实际情况定制了合理的双电源切换逻辑。该逻辑包括主电源与备用电源的切换条件、切换顺序以及切换后的恢复策略等。简化的双电源切换逻辑流程如图1所示。

图1 双电源切换逻辑流程图

关于切换条件，当检测到主电源出现电压过低、频率不稳定或完全断电等异常情况时， ATS立即启动切换程序。但在进行切换之前， ATS先确认备用电源的状态是否正常，即其电压、频率等关键参数是否均在允许的范围内。

关于切换顺序，若主电源发生故障， ATS首先尝试将供电切换至备用电源。而当主电源故障被修复并恢复正常后，根据具体设定ATS选择自动或手动的方式将供电切换回主电源。

关于恢复策略，切换过程中需确保负载供电的连续性，以避免瞬间断电或电压波动对设备造成损害。同时ATS详细记录每次切换的信息，并在切换失败或出现异常情况时发出报警信号。

根据实际的运行情况和负载需求，对切换逻辑的参数进行调整，包括切换时间、电压波动范围等。参数调整完成后进行电源切换功能的测试，以确保切换逻辑的正确性。

1.4   分别对照明负荷与动力负荷进行供电

在轨道交通低压动力照明供电系统中，照明负荷与动力负荷的用电需求是不同的，对照明负荷与动力负荷进行分别供电是确保系统高效、稳定运行的重要策略。照明负荷较为分散，其用电需求相对稳定，但受时间和季节的影响。为了优化照明负荷的供电，需结合灯具的布局和功率需求，合理安排配电箱的位置和数量，以减少线路损耗，并选择高效、节能的照明设备，以降低能耗、提高照明质量。照明负荷的计算公式如式（5）所示：

式（5）中， pi表示每个照明设备的功率。考虑照明负荷的波动性和季节性变化，在设计阶段合理预留冗余容量。动力负荷容量较大、负荷集中，为了优化动力负荷的供电，需结合设备的功率需求和运行特点，合理安排变压器的容量和数量，以确保供电的充足性和稳定性。动力负荷的计算公式如式（6）所示：

式（6）中，P_j表示每个动力设备的额定功率；K_j表示在考虑设备的实际使用情况下设备的负载系数。在总动力负荷计算过程中，需考虑设备的启动电流、运行时间和负载变化等因素，合理预留冗余容量，以确保供电系统的稳定性和可靠性。对照明负荷与动力负荷分别进行供电设计，可精确满足这两种负荷的用电需求，提高了供电系统的运行效率和可靠性。

2   实验测试与结果分析

为验证本文提出的基于双电源切换的轨道交通低压动力照明供电技术的实际效能与技术优势，我们进行对比实验测试。实验分别采用方法1（配置冗余电源设备的照明供电控制方法）和方法2（基于直流集中供电的地铁车辆段照明供电方法）作为对照。

2.1   实验环境

实验在模拟的轨道交通车站环境中进行，平台布局和设备配置均贴合现场实际工况。实验设备包括双电源切换装置、配电箱、电缆线路、照明灯具和动力设备等，所有设备均按照实际使用标准进行选择和配置。实验过程中，通过模拟主电源故障、电压波动等异常情况，对不同方案下的供电性能和系统运行稳定性进行测试。

2.2   实验参数

实验过程中设置多种参数以全面评估三种供电方法的综合运行性能，具体实验参数设定如表1所示。

表1 实验参数表

由表1可知， 实验首先对主电源和备用电源的电压范围、频率等参数进行设定，以确保它们在正常范围内波动；其次根据照明负荷和动力负荷的实际需求，对不同的负载电流和功率进行设定，以模拟实际使用情况；最后对电压波动范围等关键参数进行设定，以评估不同方案下供电系统的电压稳定性与运行可靠性。

2.3   供电结果分析

在实验测试阶段，基于搭建的模拟实验环境与预设的各项参数，复现轨道交通低压动力照明系统的实际运行情况，并分别应用本文技术和两种对比方法进行照明供电。在相同的实验条件下模拟主电源故障，通过监测电压波动情况评估各种供电方法的实际性能。各方法的具体供电结果如图2所示。

图2 供电结果图

由图2可知，相比其他两种供电技术，本文所提出的技术在应对主电源故障时，表现出了更高的稳定性和更快的响应速度，且系统电压波动范围较小，电压能够更快地恢复到稳定状态。该优势源于双电源切换装置的参数高效配置和切换逻辑的合理设计：双电源切换装置能够快速响应主电源故障信号，并在极短的时间内完成电源切换，从而有效减少了供电中断时间和电压波动幅度；同时，合理的切换逻辑保障了电源切换的正确性和可靠性，避免了因切换不当而引发的供电问题。综上所述，本文提出的基于双电源切换的轨道交通低压动力照明供电技术能够有效应对主电源故障等突发情况，保障了供电的连续性和稳定性。

3   结束语

本文提出的基于双电源切换的轨道交通低压动力照明供电技术，通过优化双电源切换装置的配置、设计合理的切换逻辑以及对照明负荷与动力负荷进行分别供电等策略，显著提升了供电系统的稳定性和可靠性。实验结果表明，该技术能够有效应对主电源故障等突发情况，保障了供电的连续性和稳定性，为轨道交通系统的安全、高效运行提供了有力保障。未来，将继续深入研究和完善该技术，进一步提高其适用性和智能化水平，以适应轨道交通系统不断发展的需要。

作者简介：

赵晓寒（1993-）男，河北衡水人，助理工程师，学士，现就职于中铁六局集团电务工程有限公司，研究方向为机电工程。

参考文献：

[1] 张艳军, 孙莉, 刘小凤. 逆变电源直流双电源限流切换的控制方法[J]. 电力电子技术, 2022, 56 (08) : 20 - 22.

[2] 杨树松, 朱晋文, 盛锦江, 等. 直流集中供电技术在地铁车辆段照明中的应用[J]. 城市轨道交通研究, 2023, 26 (07) : 265 - 270.

[3] 郝瑞芳. 高校图书馆数据中心双电源切换供电改造[J]. 电力电子技术, 2023, 57 (06) : 40 - 41.

摘自《自动化博览》2026年6月刊