地鐵低壓供配電方案設(shè)計(jì)淺議

李曉明

摘 要 文章主要對地鐵車站低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，從變電所設(shè)置出發(fā)，簡單闡述幾種低壓配電方案，著重對區(qū)間設(shè)備配電方案提出比較分析，并介紹車站冷水系統(tǒng)的配電及控制方案。

關(guān)鍵詞 供配電；低壓配電；變電所設(shè)置；區(qū)間設(shè)備供電

中圖分類號 TM7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 1674-6708（2016） 154-0075-02

1 地鐵供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

地鐵供電系統(tǒng)由主變電所、牽引供電系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)、電力監(jiān)控等系統(tǒng)組成。一般一條地鐵線設(shè)置兩到三處主變電所（llOkV/35kV），負(fù)責(zé)全線牽引、動力、照明的供電，為便于管理，依據(jù)車站位置（站間距l(xiāng)OOOm左右）大約2～3站設(shè)置一處牽引變電所，負(fù)責(zé)機(jī)車牽引供電，每個(gè)車站至少設(shè)置一處降壓變電所負(fù)責(zé)車站及區(qū)間設(shè)備的供電。

一條地鐵線內(nèi)按用電類型主要分為兩類：一類是地鐵車站及區(qū)間動力照明用電，另一類是地鐵機(jī)車牽引用電。其中地鐵車站用于動力照明配電的降壓變電所的配電變壓器安裝容量大約2×1250kVA（以標(biāo)準(zhǔn)車站為例），采用交流～380/220V；而牽引供電系統(tǒng)采用DC1500V架空接觸網(wǎng)供電制式，接觸網(wǎng)最高、最低電壓水平應(yīng)滿足GB/T10411-2005規(guī)定，即接觸網(wǎng)最高電壓不得高于1800V，最低電壓不得低于1000V。

2 變電所的設(shè)置

變電所設(shè)置原則：應(yīng)設(shè)置于車站負(fù)荷中心，盡可能減小供電距離，從而可提高供電可靠性和經(jīng)濟(jì)型。變電所的設(shè)置可分為一所式、兩所式、一所一室式。

一所式：通常適用于標(biāo)準(zhǔn)地鐵車站，車站長度在210m左右，在車站重負(fù)荷端設(shè)置一處降壓變電所。如筆者參與的廈門地鐵2號線工程的林邊站，車站總長213m，在站臺層小里程端設(shè)置一處降壓變電所。

兩所式：當(dāng)車站規(guī)模較大，車站較長導(dǎo)致供電距離拉長時(shí)，可以在兩端分別設(shè)置兩處變電所，各自負(fù)責(zé)所在端及區(qū)間負(fù)荷的配電；或車站有大面積的物業(yè)開發(fā)時(shí)可以考慮增加一處跟隨式變電所，負(fù)責(zé)物業(yè)開發(fā)的配電，使車站與物業(yè)開發(fā)配電各成系統(tǒng)，方便后期運(yùn)營與維護(hù)。

一所一室式：這種設(shè)置方式是上述兩種設(shè)置方式的折中處理方法。當(dāng)車站規(guī)模略大于標(biāo)準(zhǔn)車站，車站長度大約250m，物業(yè)開發(fā)面積較小，在設(shè)置一所式會使供電半徑加大，兩所式浪費(fèi)容量的前提下，推薦設(shè)置一所一室式，即在輕負(fù)荷端，設(shè)置低壓配電室集中配電，并與環(huán)控電控室合設(shè)，這樣可以減少各用電負(fù)荷的進(jìn)線電纜的長度，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益和供電可靠性。

3 區(qū)間設(shè)備供電方案

地鐵區(qū)間動力負(fù)荷主要有射流風(fēng)機(jī)、廢水泵等。其供電方式主要分為以下3種情況。

情況一：當(dāng)射流風(fēng)機(jī)等通風(fēng)設(shè)備容量較小，且供電距離大于300m時(shí)，風(fēng)機(jī)電源如果還是采用從車站環(huán)控電控室接引至現(xiàn)場時(shí)，已無法滿足一級負(fù)荷在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)雙電源切換的要求，并且由于供電距離加大，增大了電纜截面積，導(dǎo)致工程造價(jià)增加，再者長距離低壓配電直接降低了供電的可靠性，故此時(shí)可在現(xiàn)場設(shè)置雙電源切換箱實(shí)現(xiàn)。

情況二：普通地鐵區(qū)間廢水泵容量較小，供電距離在300米以內(nèi)，電源可以從相鄰最近車站低壓柜引兩路獨(dú)立電源至現(xiàn)場，在現(xiàn)場設(shè)置雙電源切換箱進(jìn)行切換后配電。

情況三：當(dāng)區(qū)間設(shè)置有區(qū)間風(fēng)井、或較大容量廢水泵房時(shí)，為保證電動機(jī)電壓損失小于5%以及減少經(jīng)濟(jì)投入，在區(qū)間負(fù)荷集中（如風(fēng)井、廢水泵房）處需考慮設(shè)置跟隨式變電所，其中風(fēng)井處，低壓柜室可以兼做環(huán)控電控室使用。具體需通過負(fù)荷計(jì)算、壓降計(jì)算等確定。

具體案例如筆者參與的廈門市地鐵3號線五緣灣站 會展中心站區(qū)間總長4.9km，區(qū)間設(shè)有一處風(fēng)井、一處斜井（總長460m）、三處廢水泵房。根據(jù)各專業(yè)的負(fù)荷提資，統(tǒng)計(jì)初步設(shè)計(jì)，各處負(fù)荷情況，具體參數(shù)與負(fù)荷見圖1。

通過對區(qū)間負(fù)荷初步計(jì)算，參照區(qū)間的長度以及負(fù)荷分布情況，最終確定以下兩種供電方案。

1） 方案一：風(fēng)井、海底泵房處負(fù)荷較大，其中一級負(fù)荷容量較大，對供電可靠性要求較高，并且距離相鄰車站較遠(yuǎn)（風(fēng)井距離最近五緣灣站957m，海底泵房距離最近會展中心站2457m），低壓電纜已不可能滿足，故考慮就近設(shè)置兩處跟隨式變電所；1#、2#廢水泵房容量相對較小，分別從相鄰最近跟隨式變電所接引電源，采用低壓電纜供電至現(xiàn)場；斜井處在與隧道交界處有一處廢水泵房，在斜井出地面處有一處雨水泵房，其中廢水泵房（60kW）距離最近的風(fēng)井變電所只有255m，可從風(fēng)井變電所低壓柜室引兩路獨(dú)立電源在現(xiàn)場安裝雙切箱實(shí)現(xiàn)切換，雨水泵房（50kW）距離距離風(fēng)井有820m，通過對其電纜選型和壓降計(jì)算，可以采用從風(fēng)井變電所低壓柜室引兩路獨(dú)立電源在現(xiàn)場安裝雙切箱實(shí)現(xiàn)切換。

2） 方案二：在方案一設(shè)置風(fēng)井、海底泵房兩處跟隨式變電所的基礎(chǔ)上，再在1#廢水泵房、2#廢水泵房處也增設(shè)跟隨式變電所，共四處跟隨式變電所，各變電所負(fù)責(zé)自己全部負(fù)荷及其相鄰變電所一半的區(qū)間照明、檢修等用電負(fù)荷。斜井處的廢水泵房、雨水泵房還是引自風(fēng)井變電所。

3） 方案比較

（1） 方案一

優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約1#廢水泵房、2#廢水泵房兩處的土建施工面積，方便后期運(yùn)營時(shí)對變電所維護(hù)與檢修。

缺點(diǎn)：①低壓輸電半徑過長，使用電纜截面積過大，造成較大的金屬浪費(fèi)，且不宜滿足其壓降要求，使其故障率增加。

②施工難度加大，地鐵區(qū)間內(nèi)管線普遍較多，數(shù)量較多的大截面電纜增加了敷設(shè)困難，且不容易滿足限界要求。

（2） 方案二

優(yōu)點(diǎn)：

①供電半徑縮小，減小電能損耗，節(jié)約銅金屬電纜的使用。

②低壓設(shè)備可以更加穩(wěn)定的運(yùn)行，提高整個(gè)系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性。

缺點(diǎn)：

①土建需增設(shè)2個(gè)降壓變電所，增加了土建施工面積，同時(shí)增加如表3所示的設(shè)備材料表。

②后期的運(yùn)營、維護(hù)較麻煩，需要技術(shù)人員前往跟隨所現(xiàn)場處理。

通過對方案一和方案二中主要設(shè)備材料造價(jià)的比較，方案二造價(jià)略高于方案一。但是方案二與方案一相比管理更方便，可靠性高，避免低壓電纜長距離供電造成的各種問題，在安全性及穩(wěn)定性上也都優(yōu)于前者，故最終采用方案二。

綜上所述，在風(fēng)井、1#廢水泵房、海底泵房、2#廢水泵房處設(shè)置四處跟隨式變電所，負(fù)責(zé)各自變電所及與相鄰變電所各自一半?yún)^(qū)間的照明、檢修負(fù)荷。

4 車站冷水系統(tǒng)配電及控制

目前地鐵車站冷水系統(tǒng)中冷水機(jī)組因其容量較大，由降壓變電所三級負(fù)荷母線直接供電，冷水機(jī)組在機(jī)組旁柜上設(shè)置手動控制；而冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔等附屬配套設(shè)備的電源引自設(shè)置在冷水電控室的智能配電柜內(nèi)，智能配電柜的電源引自降壓變電所三級負(fù)荷母線。

此外，在車站冷凍機(jī)房電控室設(shè)置了群控柜。采用群控技術(shù)對冷水系統(tǒng)進(jìn)行集中控制。冷水機(jī)組，冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔在電控柜和設(shè)備旁可實(shí)現(xiàn)手動控制。冷水機(jī)組及其配套設(shè)備還可由群控柜進(jìn)行控制，聯(lián)動冷水機(jī)組、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔及相應(yīng)閥門的啟停，同時(shí)由BAS會反饋信號至車站綜控室顯示各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及故障情況。