鐵路站房供配電設(shè)計

李俊民 / 陳雙燕（中國建筑設(shè)計研究院，北京 100044）

1 鐵路站房的特點

鐵路站房的特點是人流密集、工藝設(shè)備重要、空間高大、配套商業(yè)面積大、廣告多，在站房供配電設(shè)計中必須充分考慮以上因素。不僅要為站房提供安全可靠的供電系統(tǒng)，而且要為站房提供一個靈活經(jīng)營和節(jié)能增效的空間環(huán)境。人員密集和工藝設(shè)備供電要求高決定了站房的供配電系統(tǒng)要有高可靠性；空間高大決定了節(jié)能設(shè)計在站房配電中的重要地位；配套商業(yè)多、廣告多，要求配電系統(tǒng)靈活可變。本文將針對站房的以上特點，簡要介紹站房供配電系統(tǒng)的設(shè)計如何實現(xiàn)供電的可靠性、靈活性，以及節(jié)能控制等方面采取的措施。

1.1 人員密集

人員密集是站房的最重要特點，為此，規(guī)范中特別用人員密集程度來判定站房的規(guī)模，對客貨共線的站房規(guī)定：最高聚集人數(shù)H≥10000人為特大型，3000≤H<10000為大 型，600

1.2 工藝設(shè)備的重要性

主要包括信號系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的設(shè)備和機房。信號系統(tǒng)包括運輸調(diào)度指揮管理信息系統(tǒng)、綜合調(diào)度系統(tǒng)、信號機械室等；通信系統(tǒng)包括售票系統(tǒng)、行包系統(tǒng)、客運總控室、客運主機房、綜合顯示系統(tǒng)主機房、廣播機械室、樓層配線間等，其供電均屬于一級負(fù)荷或一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷。

1.3 空間高大

進站大廳、出站大廳、候車廳、站臺、行包房等一般為高大空間。其照明、空調(diào)、管線敷設(shè)、消防報警等系統(tǒng)都不同于普通空間。照明一般采用金鹵燈，但其應(yīng)急照明需要采用瞬間點亮的鹵素?zé)?；因為高大空間的空調(diào)負(fù)荷大，采用適當(dāng)?shù)目照{(diào)節(jié)能措施非常必要；管線敷設(shè)難度較大，除空間下層的管線敷設(shè)外，空間上方常常需要布置必要的馬道，沿馬道敷設(shè)電纜橋架；消防報警需結(jié)合消防滅火措施，輔以雙波段探測系統(tǒng)、光截面探測系統(tǒng)、紅外對射系統(tǒng)或極早期空氣采樣探測系統(tǒng)等。

1.4 配套商業(yè)面積大

站房設(shè)計中配套商業(yè)的供電比較復(fù)雜，尤其設(shè)計前期，功能定位、招商、經(jīng)營模式均未確定，設(shè)計很難把握。為解決供電系統(tǒng)的可變性和使用要求的靈活性，供商業(yè)用的變壓器宜單獨設(shè)置，并預(yù)留適當(dāng)?shù)陌l(fā)展空間，便于擴容。

1.5 廣告多

廣告經(jīng)營是車站日后運營的重要組成部分，在車站廣場、進出站大廳、進出站通道、候車廳、站臺等場所均有可能設(shè)置大量的廣告燈箱，在這些場所應(yīng)該預(yù)留供廣告用的電量，最好有專用配電箱。由于經(jīng)營模式未定，宜在配電箱內(nèi)預(yù)留電能計量裝置或預(yù)留空間。

2 供電電源

2.1 鐵路站場的供電

鐵路站場包括工務(wù)段、信號綜合樓、郵政行包房、行車公寓以及站房、站臺等建筑群，一般在站場內(nèi)設(shè)置一座雙電源10kV配電所，為整個站場供電。其中站房用電負(fù)荷大，宜從10kV配電所采用10kV專線供電 ，站場內(nèi)其他用房的負(fù)荷相對較小，一般采用10kV環(huán)形供電。

2.2 應(yīng)急電源供電

盡管供電部門管理很嚴(yán)格，電網(wǎng)設(shè)施很先進，但斷電故障也在所難免。作為大型或特大型的車站，一般都是集鐵路、城市公交、地鐵、出租車、社會車輛、旅游車及長途車等多種交通方式為一體的客、貨運樞紐，建筑面積大、人員密集，應(yīng)該考慮設(shè)置應(yīng)急電源。應(yīng)急電源可以是柴油發(fā)電機組，也可以是第三路高壓電源。由應(yīng)急電源供電的負(fù)荷包括：與行車密切相關(guān)的通信系統(tǒng)、綜合調(diào)度系統(tǒng)、防災(zāi)報警控制系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)以及旅客站房、站臺、地道等重要場合的部分照明負(fù)荷等。

3 供電方案

高低壓供電方案應(yīng)根據(jù)站房的規(guī)模以及用電可靠性確定，一般采用以下三種供電形式。

3.1 兩路高壓、一路應(yīng)急柴油發(fā)電機組

平時由兩路高壓電源供電，當(dāng)兩路高壓失電后，由應(yīng)急柴油發(fā)電機組供電。還需要考慮到柴油發(fā)動機啟動時間需要至少15s的因素，為保證重要負(fù)荷的可靠和連續(xù)性供電，需要考慮采用與集中柴油發(fā)電機組相配合的分散設(shè)置的UPS、EPS應(yīng)急電源方案。計算機系統(tǒng)、通信系統(tǒng)及客運控制系統(tǒng)采用UPS作為應(yīng)急電源，應(yīng)急照明等采用EPS作為備用電源，供電系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 兩路高壓，一路應(yīng)急柴油發(fā)電機組一次圖

3.2 三路高壓（兩路主用、一路備用）

如果用電負(fù)荷較大，兩路高壓（1#、2#）不能滿足容量要求，可考慮由第三座區(qū)域降壓站引來第三路高壓（3#）。平時由兩路高壓供電，當(dāng)其中一路高壓故障時，第三路高壓投入。一組變壓器的兩路高壓分別引自1#、2#高壓母線，客觀上也滿足了重要負(fù)荷三路電源的需求。當(dāng)然，對于特別重要負(fù)荷而言，還需配備UPS或EPS不間斷電源，以保證供電的可靠性，供電示意圖見圖2。三路高壓供電的可靠性較難保證，因第三路很可能與前兩路中的一路來自同一區(qū)域降壓站，所以必須明確第三路高壓來自其他區(qū)域降壓站。

圖2 三路高壓（兩路主用，一路備用）一次圖

3.3 三路高壓（兩路主用，一路應(yīng)急電源專用）

如果用電負(fù)荷不大，兩路電源能滿足用電負(fù)荷的需求，有條件時可由地方電源引來一路高壓電源專供重要負(fù)荷使用。這種方案是設(shè)置一臺專用變壓器，供與行車密切相關(guān)的通信、綜合調(diào)度系統(tǒng)、防災(zāi)報警控制系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)及旅客站房、站臺、地道等重要場合的部分重要負(fù)荷，供電系統(tǒng)示意圖見圖3。

圖3 三路高壓（兩路主用，一路應(yīng)急電源專用）一次圖

4 變壓器的設(shè)置

4.1 站房用電負(fù)荷分類

4.1.1站房基本運行負(fù)荷

（1）照明：站房照明、站臺照明、廣場照明、地下通道照明、景觀照明、立面照明及應(yīng)急疏散照明；

（2）空調(diào)負(fù)荷：制冷機組、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔、末端空調(diào)機組、分體空調(diào)機組及多聯(lián)機組等；

（3）動力負(fù)荷：普通進、排風(fēng)機、水泵、鍋爐房、熱力站、電梯及扶梯、消防風(fēng)機、消防水泵等；

（4）信號系統(tǒng)：與行車密切相關(guān)的通信、綜合調(diào)度系統(tǒng)及信號機械室；

（5）通信系統(tǒng)：售票系統(tǒng)、行包系統(tǒng)、客運總控室、客運主機房、綜合顯示系統(tǒng)主機房、廣播機械室、樓層配線間、動態(tài)標(biāo)識、靜態(tài)標(biāo)識及通信設(shè)備；

（6）安全系統(tǒng)：視頻監(jiān)控、門禁、防盜報警及防災(zāi)通風(fēng)設(shè)備。

4.1.2商業(yè)用電負(fù)荷

中、西餐廳及廚房；快餐廳、小賣部、信報亭；商業(yè)廣告。

4.2 變壓器設(shè)置

站房用電負(fù)荷基本分為三類。一類是常用的固定負(fù)荷，包括照明、動力、信號、通信和安全等負(fù)荷。這類負(fù)荷常年運行，相對固定，便于掌握。如果用電負(fù)荷不是太小，可以將這類負(fù)荷用兩臺變壓器供電。由于這些負(fù)荷相對重要，一、二級負(fù)荷較多，變壓器選擇相對小一些的負(fù)荷率，可控制在70%左右；另一類是季節(jié)性的空調(diào)負(fù)荷，基本在夏季使用，用電量較大，可以將這類負(fù)荷用一組變壓器或一臺變壓器供電。這類負(fù)荷的重要性相對較低，變壓器負(fù)荷率可設(shè)計在85%左右；還有一類是商業(yè)負(fù)荷，這類負(fù)荷變動較大，往往初期投入負(fù)荷不大。隨著發(fā)展，商業(yè)氣息逐漸濃厚，用電負(fù)荷將逐漸增大。因此，將這類負(fù)荷宜單獨設(shè)置，并預(yù)留一定的發(fā)展空間，變壓器負(fù)荷率控制在80%左右。

5 低壓配電系統(tǒng)

站房主要由進出站大廳、進出站通廊、售票大廳、普通候車廳（室）、VIP候車廳、貴賓室、行包房、郵政行包房、商業(yè)、餐飲、站臺、通信機械室、客運總控室、廣播機房、網(wǎng)絡(luò)機房、信號機械室、信號值班室、站內(nèi)辦公、派出所以及地下停車庫等場所組成。各場所對電源的要求不同，應(yīng)區(qū)別對待，主要場所的配電系統(tǒng)闡述如下：

5.1 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)包括通信機械室、客運總控室、信息配線機房、廣播機械室、網(wǎng)絡(luò)機房、售票室、行包機房及公安監(jiān)控機房等。這些場所屬一級負(fù)荷，需兩路電源供電?？稍谑燮睓C房電源室、客運電源室、信息配線機房、行包房及公安監(jiān)控室分別設(shè)置雙電源切換柜，分別由變配電室引兩路電源。其中一路電源由柴油發(fā)電機組或第三路市電作后備電源，就地設(shè)置UPS不間斷電源。末端靜態(tài)標(biāo)識、動態(tài)標(biāo)識及自動售票機，可由各自機房統(tǒng)一供電。表1是某6萬m2站房的通信系統(tǒng)機房配置及用電量統(tǒng)計表，供參考。

表1 某站房通信用房面積及用電量表

5.2 信號系統(tǒng)

一般站場規(guī)模較大時，單獨設(shè)置信號樓；規(guī)模較小時，在站內(nèi)設(shè)置。包括信號機械室、信號值班室、信號工區(qū)及微機檢測中心等，總電量150kW左右。這些場所屬一級負(fù)荷，兩路電源供電。在信號電源室及微機檢測中心分別設(shè)置雙電源切換柜，分別由變配電室引兩路電源。其中一路電源由柴油發(fā)電機組或第三路市電作后備電源，就地設(shè)置UPS不間斷電源。

5.3 人員密集的高大空間

人員密集的高大空間包括進出站大廳、候車廳及站臺等。這些場所人員密集，不僅需要考慮火災(zāi)時的應(yīng)急疏散照明，還應(yīng)該考慮平時的電源故障，可以設(shè)置由兩個電源分別供電的兩個照明配電箱。其電源分別由不同變壓器母線引來，各支路由兩個配電箱間隔或“梳狀”供電，各負(fù)擔(dān)50%的普通照明。

5.4 貴賓室

貴賓室包括貴賓門廳、貴賓室、貴賓休息、衛(wèi)生間及服務(wù)間，采用專線雙路電源。其中一路電源有條件時由柴油發(fā)電機組或第三市電作后備電源；無條件時，可就地配備EPS電源。

5.5 商業(yè)

商業(yè)用電不定因素較大，應(yīng)盡量落實商業(yè)的用途，中餐廳、西餐廳、快餐廳（麥當(dāng)勞、肯德基、匹薩、中式快餐等）、零售商業(yè)、咖啡廳、茶座等的用電量相差很大，在沒有確定用途的情況下應(yīng)按150～200W/m2估算，待確定用途后，廚房用電量可參照表2預(yù)留。

表2 各類廚房用電指標(biāo)參考表

5.6 廣告

站房人流量大，廣告是一個很好的招商渠道，主要設(shè)置在人流量較大的場所，包括：站前廣場、進出站大廳、進出站通廊及候車室等場所。為便于經(jīng)營，廣告照明用電最好單獨供電，每個區(qū)域單獨設(shè)置配電箱，主電源單獨計量，并預(yù)留出線回路的計量。廣告照明一般采用熒光燈，可按燈箱面積估算電量，一般按100～150 W/ m2。

6 大空間的綠色節(jié)能配電設(shè)計

6.1 照明配電

進站大廳、出站大廳、候車廳等場所一般為高大空間，照明配電箱除在地面層按支路供電半徑40m左右設(shè)置外，上空也可能設(shè)置照明配電箱，照明配電箱安裝在上空檢修馬道上。照明配電要密切配合燈光設(shè)計單位。回路的劃分很重要，按一般照明（上空設(shè)金鹵燈）、閱讀照明（候車區(qū)設(shè)落地?zé)簦?、局部照明（設(shè)投射燈、壁燈）、應(yīng)急照明（局部相對低矮空間設(shè)筒燈、壁燈）及廣告照明等劃分。一般照明可由兩個配電箱提供電源，照度要有多個梯度（1/8、1/4、1/2）滿足多種場景的照度及節(jié)能需要。

6.2 空調(diào)、水泵配電

這些高大空間為了視覺需要基本都是玻璃幕墻，甚至部分還是玻璃采光頂。空調(diào)負(fù)荷大，對其末端空調(diào)機組，甚至前端冷凍機房空調(diào)水泵的配電，采用適當(dāng)?shù)目照{(diào)節(jié)能措施非常必要?？照{(diào)智能節(jié)電控制已在多個站房工程中運用，效果不錯。

智能化節(jié)電裝置主要由斷路器、高效濾波器、功率因數(shù)補償器、交流接觸器、編程器、傳感器、PLC、智能電壓調(diào)整器等電氣元器件組成，主要應(yīng)用于組合式空調(diào)系統(tǒng)，在頻率（50Hz）不變的條件下，節(jié)電率可達20%以上。

智能化節(jié)電裝置的主電路配置，主要由節(jié)電部分和旁路部分組成。當(dāng)節(jié)電部分出現(xiàn)故障時，通過交流接觸器的機械互鎖自動換接到旁路部分，使組合式空調(diào)器保持連續(xù)正常運行。智能化節(jié)電裝置配置PLC手編程控制器和RS485通信接口，可以方便地與用戶BAS系統(tǒng)連接，使整個機房的空調(diào)器實現(xiàn)遠程控制。也可在智能化節(jié)電裝置上實現(xiàn)就地控制。智能化節(jié)電裝置也可與FA消防聯(lián)動控制系統(tǒng)連鎖運行。一旦發(fā)生火警，組合式空調(diào)立即停止運行。智能化節(jié)電裝置采用先進的工控機和觸摸屏組成的人機界面，通過簡單的編程設(shè)計，靈活方便的操作，可以實時跟蹤設(shè)備電機的負(fù)荷變化，及時調(diào)整設(shè)備在運行過程中的各種參數(shù)（如：空調(diào)風(fēng)機的風(fēng)閥、水閥的開度等）。

圖4 空調(diào)帶旁路的節(jié)電控制主回路圖

6.3 空調(diào)水泵的控制

水泵節(jié)電裝置接收來自上位機開機信號，同時節(jié)電裝置反饋必要的運行、故障信號。水泵的控制采用自動變頻控制。冷卻水循環(huán)系統(tǒng)進水與出水之間存在水溫差，溫差越大說明冷卻器需要交換的熱量越多，相反溫差越小說明冷卻器需要交換的熱量越少。因此，通過安裝溫度傳感器，采集冷卻水進、出水溫度，根據(jù)溫差△T控制電機轉(zhuǎn)速，可調(diào)節(jié)冷卻水流量。冷凍水循環(huán)系統(tǒng)的工作類似冷卻系統(tǒng)。冷凍水的回水溫度和出水溫度之差說明了冷凍水從用戶端帶走熱量的大小，所以通過溫差做出冷量需求的判斷，利用溫差控制冷凍水流量，實現(xiàn)節(jié)能控制。

6.4 空調(diào)風(fēng)機的控制

首先分別在回風(fēng)口、送風(fēng)口、循環(huán)進水口及室外安裝溫度傳感器。將室外溫度和循環(huán)水溫作比較，當(dāng)△T大于制冷設(shè)定值時，判定為制冷模式，當(dāng)△T小于制熱設(shè)定值時，判定為制熱模式，處于兩者之間為通風(fēng)模式。自控系統(tǒng)也可以根據(jù)不同的季節(jié)來判定三個模式，但以溫度判定優(yōu)先。確定好運行模式后，風(fēng)機采用變頻控制。

風(fēng)閥控制方面，由節(jié)電裝置接受來自上位機開機信號，先開風(fēng)閥、水閥，再開空調(diào)風(fēng)機；關(guān)閉時順序相反。同時自動地判斷模式，如果為制冷、制熱模式時，系統(tǒng)通過送、回風(fēng)口溫差來判斷，大于制冷設(shè)定值時為預(yù)冷工況，小于制熱設(shè)定值時為預(yù)熱工況。這時通過PLC發(fā)出關(guān)閉新風(fēng)閥模擬量信號（4～20mA），同時打開回風(fēng)閥、水閥，開啟度100%。隨著預(yù)冷、預(yù)熱結(jié)束，溫差逐漸減少，如果處于設(shè)定值范圍內(nèi)為空調(diào)運行工況，這時通過PLC打開新風(fēng)閥，新風(fēng)閥開度保證最小新風(fēng)量10%左右。如果系統(tǒng)判斷為通風(fēng)模式時，PLC發(fā)出信號，打開新風(fēng)閥，開度100%，關(guān)閉回風(fēng)閥信號。當(dāng)空調(diào)機組停機時，關(guān)閉所有閥門后，再停空調(diào)器風(fēng)機。

圖5 空調(diào)機組控制原理圖

1)控制模式判斷（制冷、通風(fēng)、制熱）

（1）通過設(shè)定日期判斷模式

自控系統(tǒng)可以在觸摸屏上設(shè)定制冷周期、制熱周期：

（2）溫差判斷模式

室外溫度T3－循環(huán)水溫T2 = 溫差△T℃，當(dāng)△T℃大于制冷設(shè)定值判斷為制冷模式；當(dāng)△T℃小于制熱設(shè)定值判斷為制熱模式；處于兩者之間為通風(fēng)模式：

圖6 日期判斷模式邏輯圖

節(jié)能自控系統(tǒng)通過日期和溫差2種判斷模式，以日期為前提，溫差為主導(dǎo)，使空調(diào)系統(tǒng)更能適應(yīng)驟變的氣溫，大大地提高了節(jié)能空間。

2)送風(fēng)量控制

制冷風(fēng)量控制：回風(fēng)溫度>設(shè)定值時，風(fēng)機滿負(fù)荷100%輸出；回風(fēng)溫度<設(shè)定值時，風(fēng)機部分負(fù)荷70%～90%之間輸出。

制熱風(fēng)量控制：回風(fēng)溫度<設(shè)定值時，風(fēng)機滿負(fù)荷100%輸出；回風(fēng)溫度>設(shè)定值時，風(fēng)機部分負(fù)荷90%～70%之間輸出。

通風(fēng)風(fēng)量控制：回風(fēng)溫度>設(shè)定值時，風(fēng)機部分負(fù)荷90%輸出；回風(fēng)溫度<設(shè)定值時，風(fēng)機部分負(fù)荷70%輸出。

3)新風(fēng)量控制

在回風(fēng)管上安裝一個CO2濃度檢測儀，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)自控系統(tǒng)控制新風(fēng)量開度。

(1）制冷新風(fēng)量控制：當(dāng)回風(fēng)溫度>設(shè)定值時，新風(fēng)機關(guān)閉，新風(fēng)閥關(guān)閉；當(dāng)回風(fēng)溫度<設(shè)定值時，根據(jù)CO2濃度新風(fēng)閥10%～20%之間輸出，新風(fēng)機運行。

(2）制熱新風(fēng)量控制：當(dāng)回風(fēng)溫度<設(shè)定值時，新風(fēng)機關(guān)閉，新風(fēng)閥關(guān)閉；當(dāng)回風(fēng)溫度>設(shè)定值時，根據(jù)CO2濃度新風(fēng)閥15%～25%之間輸出，新風(fēng)機運行。

(3）通風(fēng)新風(fēng)量控制：新風(fēng)閥全部打開，新風(fēng)機運行。

4）水閥控制

圖7 溫差判斷模式邏輯圖

圖8 送風(fēng)量控制邏輯圖

根據(jù)回風(fēng)溫度自控系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)水閥開度，系統(tǒng)調(diào)節(jié)以變風(fēng)量為主，變水量為輔的原則來調(diào)節(jié)水量。當(dāng)送風(fēng)機的控制量在70%～100%之間，水閥100%打開，屬于定水量控制；當(dāng)送風(fēng)機的控制量小于70%時，為了保證送風(fēng)量，風(fēng)機還是以70%輸出，這時系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)水閥控制量0%～100%調(diào)節(jié)，由原來的定水量轉(zhuǎn)為變水量調(diào)節(jié)。

6.5 節(jié)能裝置與BAS接口說明

水泵、空調(diào)機組總控制由BAS、FAS和節(jié)能設(shè)備裝置共同完成控制，節(jié)能設(shè)備通過MODBUS通訊協(xié)議與上位機實行通信功能。從上位機接受啟、停信號和火警等信號，節(jié)能設(shè)備反饋上位機所必要的運行、故障、閥門開啟度、溫度等信號。

設(shè)備運行時如發(fā)生火災(zāi)，F(xiàn)AS首先給BAS一個火警信號，再由BAS給節(jié)能裝置一個火警信號，節(jié)能裝置響應(yīng)后馬上連鎖停止風(fēng)機、水閥、新風(fēng)機、新風(fēng)閥、回風(fēng)機及回風(fēng)閥等所有運行設(shè)備。

6.6 節(jié)能裝置與動力柜連接

每個動力柜提供一個總開關(guān)，三相五線配電。不同電壓等級的所有電動閥總電源均由節(jié)能控制柜提供，節(jié)能自控柜220V交流UPS電源，容量1kVA。

7 結(jié)語

站房的供配電設(shè)計方案與站房的規(guī)模很重要，在設(shè)計前應(yīng)明確人員密集程度，明確定位。應(yīng)充分了解站房工藝及其重要程度，為其配電提供必要依據(jù)。在可能的情況下，充分接觸站房使用單位，了解其后續(xù)的商業(yè)經(jīng)營模式，為適應(yīng)商業(yè)招租提供靈活的保障。綠色節(jié)能是當(dāng)前建筑設(shè)計的主旋律，電氣設(shè)計專業(yè)如何在該領(lǐng)域發(fā)揮應(yīng)盡的義務(wù)，是擺在我們每個電氣工程師面前的一大重要課題。

[1] 中華人民共和國鐵道部. GB50226163-2007鐵路旅客車站建筑設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社，2007.

[2] 中華人民共和國鐵道部. TB10008- 2006鐵路電力設(shè)計規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2006.