地鐵動力與照明系統(tǒng)設(shè)計

方曉晨（江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計院，工程師，江蘇　南京　210042）

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地鐵動力與照明系統(tǒng)設(shè)計

方曉晨
（江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計院，工程師，江蘇南京210042）

摘要：動力與照明系統(tǒng)作為地鐵機(jī)電系統(tǒng)的重要組成部分，聯(lián)系著供電系統(tǒng)與車站及相應(yīng)區(qū)間范圍大部分機(jī)電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)其配電，保護(hù)和控制。本文通過對國內(nèi)地鐵運(yùn)行現(xiàn)狀和相關(guān)線路動力照明系統(tǒng)的設(shè)計總結(jié)，從該系統(tǒng)的基本原則，系統(tǒng)構(gòu)成，設(shè)計要點(diǎn)等方面對該系統(tǒng)進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：地鐵；動力；照明；設(shè)計

10.13572/j.cnki.tdyy.2016.02.021

地鐵作為具有運(yùn)量大、速度快、安全、準(zhǔn)點(diǎn)、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源和用地等特點(diǎn)的交通方式得到了迅速發(fā)展，動力與照明系統(tǒng)是機(jī)電系統(tǒng)中的重要組成部分，本文根據(jù)已實(shí)施國內(nèi)地鐵線路現(xiàn)狀，從設(shè)計原則，系統(tǒng)設(shè)計重點(diǎn)等方面展開討論，希望能夠拋磚引玉，對地鐵設(shè)計有所裨益。

1　設(shè)計范圍和原則

車站設(shè)置降壓變電所或牽引降壓變電所，動力照明專業(yè)以其400 V開關(guān)柜出線端為起點(diǎn)，為含車站和相鄰半?yún)^(qū)間范圍內(nèi)動力照明設(shè)備配電。設(shè)計范圍主要包括：車站動力、照明設(shè)備配電及控制設(shè)計；車站動力、照明設(shè)備的選型和安裝設(shè)計；車站低壓電纜、管線的選型及敷設(shè)設(shè)計；車站機(jī)電系統(tǒng)接地及車站防雷設(shè)計；人防配套的動力及照明配電設(shè)計；與相關(guān)專業(yè)的接口配合設(shè)計。

動力照明系統(tǒng)的設(shè)計容量按遠(yuǎn)期最大負(fù)荷設(shè)計，并考慮一定的裕量。確保安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、接線簡單并具有一定的靈活性，維護(hù)管理方便。

根據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》GB 50157（2013），地鐵機(jī)電設(shè)備及照明用電負(fù)荷按其不同的用途和重要性分為三級〔1〕。

一級負(fù)荷包括綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、通信系統(tǒng)設(shè)備、信號系統(tǒng)設(shè)備、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)備、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、自動售檢票系統(tǒng)設(shè)備、電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、門禁系統(tǒng)設(shè)備、安防設(shè)施、站臺門系統(tǒng)設(shè)備、自動滅火系統(tǒng)設(shè)備、變電所操作電源、應(yīng)急照明、地下站廳站臺等公共區(qū)照明、地下區(qū)間照明、主廢水泵、雨水泵、消防泵、防淹門、人防設(shè)備、防火卷簾門、消防疏散用自動扶梯、消防電梯、防排煙及各類防火排煙閥等。其中專用通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、自動滅火系統(tǒng)設(shè)備及變電所操作電源、應(yīng)急照明等為一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷。一級負(fù)荷配電從降壓變電所兩段母線上分別饋出一路專用供電線路向負(fù)荷末端電源切換箱供電，兩路電源在切換柜/箱內(nèi)自動切換，以實(shí)現(xiàn)不間斷供電，如消防系統(tǒng)，廢水泵電源，消防疏散用自動扶梯等。綜合監(jiān)控系統(tǒng)（BAS、電力監(jiān)控、OA、門禁）、通信系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)設(shè)備通過整合UPS裝置實(shí)現(xiàn)不間斷供電；信號系統(tǒng)、站臺門系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置UPS實(shí)現(xiàn)不間斷供電。所用電由交直流屏供電，應(yīng)急照明由應(yīng)急電源裝置供電。

二級負(fù)荷包括非事故風(fēng)機(jī)及風(fēng)閥、污水泵、非消防疏散自動扶梯、出入口電梯、設(shè)備管理房照明、維修電源等。二級負(fù)荷配電從0.4 kV降壓變電所一、二級負(fù)荷母線引一路電源至末端設(shè)備配電箱或設(shè)備。當(dāng)一臺變壓器退出運(yùn)行時，0.4 kV降壓變電所的母聯(lián)開關(guān)自動閉合，退出運(yùn)行變壓器所帶的二級負(fù)荷由另一臺變壓器負(fù)責(zé)供電。

其它不屬于一、二級負(fù)荷的如廣告照明、電開水器、保潔電源、空調(diào)冷水系統(tǒng)、備用空調(diào)等為三級負(fù)荷。從0.4 kV降壓變電所的三級負(fù)荷母線引一回電源至末端設(shè)備配電箱或設(shè)備；當(dāng)供電系統(tǒng)為非正常運(yùn)行方式時，三級負(fù)荷自動切除。

2　系統(tǒng)設(shè)計要點(diǎn)

2.1動力系統(tǒng)設(shè)計

2.1.1動力配電原則

1）采用放射式和樹干式相結(jié)合，重要設(shè)備以放射式為主的方式為車站以及設(shè)計范圍內(nèi)區(qū)間的動力設(shè)備供電。

2）系統(tǒng)采用三相四線制配電，并采用TN-S接地保護(hù)系統(tǒng)。

3）變壓器二次側(cè)至用電設(shè)備之間的低壓配電級數(shù)不宜超過三級；對非重要負(fù)荷供電時，可超過三級。

4）地下車站在車站兩端設(shè)備區(qū)設(shè)備集中處分別設(shè)置環(huán)控電控室對通風(fēng)空調(diào)設(shè)備實(shí)現(xiàn)配電、保護(hù)和控制。環(huán)控設(shè)備一般采用二級配電方式：將環(huán)控設(shè)備一、二級負(fù)荷分成若干組，每組容量控制在200 kW左右，為一段母線。采用單母線不分段的接線方式，兩路電源一主一備自動切換。從環(huán)控電控室母線引單回路至用電設(shè)備的方式運(yùn)行。三級負(fù)荷為單母線不分段。個別遠(yuǎn)離環(huán)控電控室的一、二級環(huán)控設(shè)備可由降壓變電所直接供電。

2.1.2控制方式

1）動力設(shè)備控制方式應(yīng)根據(jù)設(shè)備各系統(tǒng)控制要求相應(yīng)實(shí)現(xiàn)就地控制、FAS系統(tǒng)集中控制、綜合監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)控等要求的設(shè)計。

2）一般動力設(shè)備采用直接啟動方式，大型動力設(shè)備（以各項目技術(shù)規(guī)定為準(zhǔn)）采用軟啟動方式。

3）車站通風(fēng)設(shè)備根據(jù)其工藝要求采用變頻控制，當(dāng)在火災(zāi)工況時需要切換到工頻運(yùn)行方式。

4）環(huán)控設(shè)備設(shè)就地控制和集中控制，集中控制由環(huán)控電控室或通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，就地控制具有優(yōu)先級。其中環(huán)控電控室的控制一般采用智能低壓控制系統(tǒng)（見圖1）是通過多功能儀表、PLC、通信管理器、智能I/O、總線等元器件把本站的各用電單元組成網(wǎng)絡(luò)，（元器件動畫出現(xiàn)）上傳給綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、參數(shù)設(shè)置、故障診斷，存儲打印報表等功能。

智能模塊主要包括電機(jī)保護(hù)智能模塊及其擴(kuò)展I/O、小PLC、軟啟動器等。

圖1　智能低壓控制系統(tǒng)

2.2照明系統(tǒng)設(shè)計

2.1.1照明設(shè)計原則車站照明由站臺、站廳一般照明、設(shè)備房管理房照明、導(dǎo)向照明、應(yīng)急照明（包括備用照明和疏散照明）、出入口照明、安全電壓照明、廣告照明和區(qū)間照明組成，區(qū)間照明由區(qū)間一般照明、區(qū)間應(yīng)急照明及區(qū)間疏散指示照明組成。在車站站廳層、站臺層、（設(shè)備層）兩端各設(shè)置一個照明配電室，照明配電箱集中設(shè)置于此處。為確保車站各項功能正常發(fā)揮。

結(jié)合地鐵工程特殊性，公共區(qū)照明配電以車站中心線為界，中心線兩側(cè)的公共區(qū)照明分別于照明配電室內(nèi)設(shè)置兩面照明總配電箱，兩面照明總配電箱的兩路電源分別引自變電所的兩段低壓母線，每面總箱內(nèi)分別設(shè)置工作照明和節(jié)電照明回路，公共區(qū)照明燈具交叉配線，各負(fù)責(zé)50%公共區(qū)正常照明負(fù)荷，既滿足地下車站公共區(qū)照明一級負(fù)荷雙電源的供電要求，又經(jīng)濟(jì)合理，節(jié)約成本。

2.2.2應(yīng)急照明系統(tǒng)地鐵作為城市主要交通干線之一，供電可靠性要求很高，為保障運(yùn)輸?shù)陌踩珪惩?，在地下車站和地下區(qū)間各場合均應(yīng)設(shè)置應(yīng)急照明。應(yīng)急照明有分散供電和集中照明2種方式。其中分散式供電其采用應(yīng)急燈，電源直接由動力照明變壓器供給的方式運(yùn)行，該方式存在運(yùn)行維護(hù)困難的缺點(diǎn)，目前地鐵工程均采用集中式供電，在車站設(shè)置應(yīng)急照明系統(tǒng)。在車站相應(yīng)照明配電室內(nèi)（以具體項目技術(shù)要求為準(zhǔn)）各設(shè)一套EPS，兩路電源分別引自降壓變電所低壓柜一、二級負(fù)荷兩段，負(fù)責(zé)車站應(yīng)急照明、區(qū)間應(yīng)急照明、疏散指示照明、應(yīng)急類導(dǎo)向照明等。其中出入口應(yīng)急照明電源引自站廳層，區(qū)間應(yīng)急照明（含區(qū)間疏散指示照明）引自站臺層。公共區(qū)、區(qū)間應(yīng)急照明設(shè)計為常明燈，就地不設(shè)控制；設(shè)備用房應(yīng)急照明設(shè)就地控制，火災(zāi)情況下由FAS系統(tǒng)強(qiáng)啟。根據(jù)2013年版地鐵設(shè)計規(guī)范最新要求，隧道區(qū)間疏散指示標(biāo)志燈應(yīng)每隔10 m布置，考慮到火災(zāi)工況運(yùn)行模式，與FAS系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)區(qū)間智能疏散控制要求。

2.2.3智能照明控制系統(tǒng)隨著地鐵技術(shù)的不斷成熟和智能化控制的發(fā)展，越來越多的車站開始采用智能分布式控制總線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能照明，以更便捷的技術(shù)節(jié)約能源。車站公共區(qū)正常照明采用智能照明控制方式，該系統(tǒng)自成體系，并作為子系統(tǒng)集成到地鐵管理系統(tǒng)中。各功能模塊分別安裝在對應(yīng)系統(tǒng)箱內(nèi)，通過控制電纜連接，各分支線通過線路連接器連接成一個系統(tǒng)。該系統(tǒng)帶有定時器且時間可方便調(diào)整，以對照明進(jìn)行定時控制。應(yīng)急照明、應(yīng)急導(dǎo)向、設(shè)備區(qū)照明配電箱不在智能照明控制系統(tǒng)控制范圍內(nèi)。

兩種控制方式均可有效節(jié)約運(yùn)營電能，而智能照明控制系統(tǒng)更加靈活和多樣化。

2.3大功率遠(yuǎn)距離線纜保護(hù)因地鐵工程特殊性，需要為區(qū)間廢水泵，區(qū)間隧道排煙風(fēng)機(jī)等設(shè)備供電，其兼具用電負(fù)荷等級高，設(shè)備容量大，供電距離長的特點(diǎn)，設(shè)計中需從電壓損耗，經(jīng)濟(jì)電纜截面等方面，提供安全可靠經(jīng)濟(jì)合理的電纜選型。

正常運(yùn)行情況下，用電設(shè)備端子處電壓偏差允許值（以額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示）宜符合表1要求。

表1　用電設(shè)備端子處電壓偏差允許值

風(fēng)機(jī)啟動要滿足規(guī)范要求（摘自《通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(guī)范》（GB 50055-2011）：

1）電動機(jī)起動時，其端子電壓應(yīng)能保證機(jī)械要求的起動轉(zhuǎn)矩，且在配電系統(tǒng)中引起的電壓波動不應(yīng)妨礙其他用電設(shè)備的工作。

2）交流電動機(jī)起動時，配電母線上的電壓應(yīng)符合下列規(guī)定：

配電母線上接有照明或其他對電壓波動較敏感的負(fù)荷，電動機(jī)頻繁起動時，不宜低于額定電壓的90%；電動機(jī)不頻繁起動時，不宜低于額定電壓的85%。（“頻繁”是指每小時起動數(shù)十次以致數(shù)百次。〔2〕）線纜保護(hù)選型示例如圖2所示。

圖2　線纜保護(hù)選型示例

圖2中區(qū)間隧道風(fēng)機(jī)TVF-112-A1設(shè)置于通風(fēng)機(jī)房內(nèi)，容量90 kW。電源引自環(huán)控電控室一二級負(fù)荷母排NLH 11，供電距離160 m?？紤]電纜自然彎曲度，進(jìn)出線等條件：電纜長160х1.2=192 m，Pe= 90 kW，Ij=170.9 A。選用低煙無鹵型電纜WDZBNYJY 23 2（3х150+2х70）。該段進(jìn)線柜Pj=185.5 kW，Ij=351 A。考慮最大功率風(fēng)機(jī)TVF-112-A 1啟動，其他用電負(fù)荷正常運(yùn)行，啟動電流取3.5倍，為598.15 A。NLH 11啟動電流為748.25 A。

運(yùn)行壓降：0.074х0.192х351=4.3%

啟動壓降（估）：0.074х0.192х778.25=9.46%

運(yùn)行、啟動壓降均滿足規(guī)范要求。

3　結(jié)束語

地鐵工程建設(shè)中，地鐵的鋪設(shè)和設(shè)計是整個工程骨架的搭建，動力照明系統(tǒng)作為各機(jī)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)運(yùn)行和控制的“血管”，對工程運(yùn)營的可靠暢通高效節(jié)能起著舉足輕重的作用，我們還需要認(rèn)真分析和總結(jié)，不斷改進(jìn)，協(xié)調(diào)保證車站機(jī)電設(shè)備的有序工作，降低運(yùn)行能耗，減少運(yùn)營成本。

參考文獻(xiàn)：

〔1〕GB 50157-2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》〔S〕.北京；中國計劃出版社，2013.

〔2〕GB 50055-2011《通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(guī)范》〔S〕.北京；中國計劃出版社，2012.

中圖分類號：U231.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-8686（2016）-02-0058-03