地鐵區(qū)間長距離配電方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化

郭成磊，王 娜

（1.中鐵二院華東勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310000；2.江蘇優(yōu)匠峰建設(shè)工程有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

地鐵低壓配電系統(tǒng)負(fù)責(zé)為地鐵車站及區(qū)間低壓負(fù)荷提供電能，保證動(dòng)力照明設(shè)備可靠運(yùn)行。實(shí)際工程中常遇到區(qū)間設(shè)備距離變電所較遠(yuǎn)，出現(xiàn)電纜截面偏小導(dǎo)致設(shè)備無法啟動(dòng)或電纜截面偏大造成工程投資浪費(fèi)等現(xiàn)象。本文以某地鐵區(qū)間低壓配電設(shè)計(jì)為例，從供電可靠性、合理性、經(jīng)濟(jì)性以及運(yùn)行維護(hù)等方面，分析地鐵區(qū)間射流風(fēng)機(jī)、區(qū)間水泵等設(shè)備長距離配電的方案。

1 工程案例

某地鐵線路在車輛段內(nèi)靠近出入段線處設(shè)有一座牽混所。出入段線為單洞雙線，在U型槽洞口處設(shè)有雨水泵（3臺(tái)，11 kW/臺(tái)），在隧道最低處設(shè)有廢水泵（2臺(tái)，7.5 kW/臺(tái)），在出入段線隧道內(nèi)設(shè)置8臺(tái)射流風(fēng)機(jī)（22 kW/臺(tái)），左右線各2組，每組2臺(tái)（上下疊放）。

1.1 設(shè)備運(yùn)行工況和負(fù)荷分析

射流風(fēng)機(jī)平時(shí)早晚各運(yùn)行一次，改善隧道空氣環(huán)境；在區(qū)間發(fā)生火災(zāi)或列車阻塞時(shí)兼事故風(fēng)機(jī)，通過BAS系統(tǒng)命令配合隧道內(nèi)機(jī)械排風(fēng)。根據(jù)地鐵災(zāi)害模式的設(shè)計(jì)要求，本工程按左右線同時(shí)有一處火災(zāi)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

洞口雨水泵房的3臺(tái)雨水泵互為備用，必要時(shí)3臺(tái)同時(shí)使用。水泵根據(jù)水位線的升高逐臺(tái)啟動(dòng)。廢水泵工作原理和雨水泵一致。

出入段線低壓設(shè)備相對分散，配電距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過500 m的常規(guī)配電半徑，屬于區(qū)間長距離配電，且射流風(fēng)機(jī)和區(qū)間水泵的負(fù)荷等級均為一級負(fù)荷。因此，要綜合考慮設(shè)備的運(yùn)行工況、線路電壓損失、電機(jī)啟動(dòng)條件以及級間配合等因素，制定合理的配電方案。

1.2 低壓配電方案

1.2.1 電源方案

本工程左線負(fù)荷88 kW，右線負(fù)荷136 kW，共224 kW。如果在靠近負(fù)荷中心設(shè)置跟隨所，則需要設(shè)置35 kV電纜、配電變壓器、0.4 kV配電柜等。此外，前期土建配合、后期運(yùn)營維護(hù)均需大量人力和物力支持。因此，選擇從就近的牽混所取電是比較經(jīng)濟(jì)、合理的方案。

1.2.2 電源箱設(shè)置

根據(jù)給排水專業(yè)資料，雨水泵自帶“一控三”的水泵電控柜。廢水泵自帶“一控二”的水泵電控柜，只需為水泵控制柜提供兩路獨(dú)立電源即可。

根據(jù)暖通專業(yè)資料，每臺(tái)射流風(fēng)機(jī)自帶一臺(tái)射流風(fēng)機(jī)控制柜。為了節(jié)省空間，減少回路數(shù)量，設(shè)置4套雙電源切換箱，每套為2臺(tái)射流風(fēng)機(jī)控制柜配電。低壓配電系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 低壓配電系統(tǒng)示意圖

1.2.3 電纜截面選擇

選擇電纜截面時(shí)一般把電動(dòng)機(jī)設(shè)備配電壓降控制在5%以內(nèi)，但區(qū)間負(fù)荷分布距離變電所較遠(yuǎn)，還需考慮電機(jī)啟動(dòng)條件：電動(dòng)機(jī)全壓啟動(dòng)時(shí)配電母線的電壓不低于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的85%[1]。

經(jīng)計(jì)算，本工程電纜截面詳見表1。

1.2.4 級間配合

對電動(dòng)機(jī)負(fù)荷來說，啟動(dòng)電流一般為額定電流的7倍左右[2]。啟動(dòng)時(shí)，尖峰電流一般為啟動(dòng)電流的2倍，即額定電流的14倍。所以，上級斷路器的瞬時(shí)脫扣器的整定電流應(yīng)為啟動(dòng)電流的2～2.4倍（考慮1.2倍裕量）。在發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，靠開關(guān)過流保護(hù)兼作接地保護(hù)的校驗(yàn)很難通過?？煽紤]在斷路器上增加必要的輔助附件，確保在單相接地短路故障時(shí)上級斷路器可靠跳閘。但是，增加附件會(huì)增加成本，降低配電系統(tǒng)的可靠性。

2 方案優(yōu)化

地鐵設(shè)備長距離低壓配電方案通過BAS遠(yuǎn)程發(fā)命令控制風(fēng)機(jī)、水泵，無需人員值守，維護(hù)方便，占用土建面積較小。它的投資造價(jià)主要取決于配電電纜的型號和數(shù)量，優(yōu)化目的是在保證供電安全可靠的基礎(chǔ)上，最大限度縮減投資，爭取最大經(jīng)濟(jì)效益。因此，更合理地選擇電纜截面和減少電纜用量是方案優(yōu)化的關(guān)鍵。

2.1 設(shè)備運(yùn)行工況優(yōu)化

2.1.1 工況優(yōu)化1

實(shí)際運(yùn)行時(shí)，可認(rèn)為左右線射流風(fēng)機(jī)不同時(shí)工作，即當(dāng)一個(gè)隧道火災(zāi)或阻塞工況時(shí)僅本隧道射流風(fēng)機(jī)依次啟動(dòng)；早、晚需要改善隧道內(nèi)空氣條件時(shí)，某側(cè)射流風(fēng)機(jī)先依次啟動(dòng)，半小時(shí)后關(guān)閉，再啟動(dòng)另一側(cè)射流風(fēng)機(jī)。那么，4臺(tái)電源箱的功率相當(dāng)于原方案的一半，電纜截面可減少一半。

2.1.2 工況優(yōu)化2

受工況優(yōu)化1的啟發(fā)，射流風(fēng)機(jī)仍然按工況優(yōu)化1運(yùn)行。如果將射流風(fēng)機(jī)雙電源切換電源箱ATQSL1與ATQ-SL2“T”接，則0.4 kV饋線回路容量和原方案一致，電纜截面不變，但電纜根數(shù)減少近一半。

2.2 電機(jī)啟動(dòng)條件優(yōu)化

一般電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)電流僅為電機(jī)額定電流的4倍左右，采用軟啟動(dòng)裝置可大大降低啟動(dòng)電流，從而選擇截面更小的配電電纜。另外，采用軟啟動(dòng)裝置后，在發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，靠開關(guān)過流保護(hù)兼作接地保護(hù)的校驗(yàn)更好通過，有利于極間配合。

2.3 就地?zé)o功補(bǔ)償

長距離供電線路中存在感性負(fù)載，導(dǎo)致大量無功功率的產(chǎn)生，降低功率因數(shù)，增加線路損耗。因此，在末端就地設(shè)置無功功率補(bǔ)償裝置可有效提高線路功率因數(shù)[3]，減小電纜截面，從而降低線路損耗。

表1 本工程電纜截面詳情

2.4 箱式變電站

箱式變電站以其結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、維護(hù)簡單以及安全可靠的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于住宅小區(qū)、市政道路等領(lǐng)域。地鐵區(qū)間設(shè)備分布分散，箱式變電站可根據(jù)地鐵區(qū)間設(shè)備的具體位置，盡量靠近負(fù)荷中心設(shè)置，可大大縮短低壓電纜的長度，降低線路損耗。

3 結(jié) 論

綜上所述，地鐵設(shè)備長距離配電應(yīng)充分考慮設(shè)備的運(yùn)行工況、供電可靠性、電動(dòng)機(jī)設(shè)備啟動(dòng)條件、級間配合以及對土建的影響等因素，最終選擇相對合理的配電方案。