淺談地鐵高架車站低壓配電設(shè)計方法

寧譞

（中鐵西安勘察設(shè)計研究院有限責任公司，陜西 西安710054）

隨著國民經(jīng)濟水平的提升，國內(nèi)各省市對于建設(shè)軌道交通系統(tǒng)的需求也與日俱增。地鐵車站設(shè)計形式多樣，簡單可以分為地下車站、半地下車站、地上車站三種，因各地建設(shè)施工環(huán)境及自然條件的不同，以上三種形式的地鐵車站在國內(nèi)都有著因地制宜的應(yīng)用。高架車站作為地上車站的一種設(shè)計形式，因其工程造價更為經(jīng)濟，有效利用城市空間達到立體交通發(fā)展的目的，在經(jīng)濟適用的同時也可配合城市景觀，實現(xiàn)兼具美觀與實用的設(shè)計目標。

在地鐵運營過程中低壓配電系統(tǒng)需為低壓用電負荷提供可靠的電源供給，為確保地鐵的安全穩(wěn)定運行發(fā)揮著重要作用。但在實際設(shè)計過程中，低壓配電專業(yè)不僅設(shè)計接口多，各專業(yè)提資要求各有千秋，同時由于運行工況較為復(fù)雜，例如僅照明系統(tǒng)就需具備工作照明模式、節(jié)能照明模式、火災(zāi)模式等，因此在地鐵低壓配電系統(tǒng)設(shè)計中如何科學(xué)、合理滿足規(guī)范及各專業(yè)用電需求，從而保證低壓配電系統(tǒng)的安全可靠運行就顯得尤為重要。

低壓配電系統(tǒng)也稱動力與照明系統(tǒng)設(shè)計范圍包括車站及區(qū)間，其設(shè)計內(nèi)容一般包括降壓變電所0.4kV柜系統(tǒng)、正常照明配電、應(yīng)急照明配電（包含備用照明、疏散照明）、小動力配電（包含插座等）及包含給排水及水消防、通風空調(diào)等系統(tǒng)的動力配電、車站綜合接地系統(tǒng)等。在高架車站低壓配電系統(tǒng)設(shè)計中，由于高架車站有別于地下車站的建筑形式更需緊密結(jié)合實際，不可生搬硬套模板化的設(shè)計方法，以達到科學(xué)、合理、經(jīng)濟、可靠的設(shè)計目標。

下文中將以貴陽市軌道交通1 號線工程、西安五號線二期工程各取兩座車站為實例對低壓配電系統(tǒng)設(shè)計方法進行簡要的論述。

1 低壓配電系統(tǒng)負荷分級原則

圖1 A 站車站布置示意圖

地鐵設(shè)計中低壓配電系統(tǒng)中用電負荷分級需根據(jù)用電設(shè)備重要性及參與工況進行劃分，依據(jù)《GB50052-2009 供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中第3.0.1 條、《GB50157-2013 地鐵設(shè)計規(guī)范》中第15.5.1 條中規(guī)定原則，高架車站用電負荷可劃分如下：

一級負荷一般包括：火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)備、消防水泵及消防水管電保溫設(shè)備、防排煙風機及各類防火排煙閥、防火(卷簾)門、消防疏散用自動扶梯、消防電梯、應(yīng)急照明、主排水泵、雨水泵、火災(zāi)或其他災(zāi)害仍需使用的用電設(shè)備；通信系統(tǒng)設(shè)備、信號系統(tǒng)設(shè)備、綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、門禁系統(tǒng)設(shè)備、安防設(shè)施；自動售檢票設(shè)備、站臺門設(shè)備、變電所操作電源等。

其中火災(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、專用通信系統(tǒng)設(shè)備、信號系統(tǒng)設(shè)備、變電所操作電源為一級負荷中特別重要負荷。

二級負荷一般包括：乘客信息系統(tǒng)、變電所檢修電源、地上站廳站臺等公共區(qū)照明（含出入口）、附屬房間照明、普通風機、排污泵、電梯、非消防疏散用自動扶梯等。

三級負荷一般包括：區(qū)間檢修設(shè)備、附屬房間電源插座、廣告照明、清潔設(shè)備、電熱設(shè)備等。

此處結(jié)合實際設(shè)計中的經(jīng)驗，對于《GB50157-2013 地鐵設(shè)計規(guī)范》中將車站空調(diào)制冷及水系統(tǒng)設(shè)備歸入三級負荷，因高架車站有別于地下車站一般不會設(shè)置空調(diào)水系統(tǒng)，故對于高架車站而言僅有空調(diào)多聯(lián)機系統(tǒng)作為制冷方式，在重要設(shè)備房間如通信、信號等系統(tǒng)設(shè)備房間對于其設(shè)備日常運行溫濕度有較高要求，特別是在炎熱潮濕地區(qū)可以考慮將主要作用于維持重要設(shè)備運行條件的空調(diào)多聯(lián)機系統(tǒng)作為二級負荷進行設(shè)計，以避免當出現(xiàn)因設(shè)備檢修等原因造成三級負荷切除后使重要設(shè)備運行于不利環(huán)境條件下的可能。

2 不同建筑方案下的低壓配電系統(tǒng)設(shè)計

高架車站的建筑設(shè)計形式因各地甲方要求、城市建設(shè)施工條件影響、近遠期規(guī)劃需要等多方因素影響，在實踐中產(chǎn)生了多種多樣的形式。不同形式的建筑方案對于低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計有著重大的影響。

2.1 案例一的低壓配電系統(tǒng)設(shè)計

2.1.1 車站工程概況簡述

貴陽市軌道交通1 號線工程某站（以下簡稱A站）建筑方案為典型的路中方案(如圖1 所示),車站主體沿規(guī)劃道路呈東西方向布置。車站總長120m，標準段寬23m,車站總體建筑面積9098 平方米。

A站為地上三層島式高架車站，地上一層至三層依次為設(shè)備層、站廳層、站臺層。車站共劃分3 個防火分區(qū)：公共區(qū)、設(shè)備層設(shè)備及管理用房區(qū)、站廳層設(shè)備及管理用房區(qū)。

2.1.2 低壓配電系統(tǒng)設(shè)計

（1）A站低壓配電系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容主要包括：車站及相鄰兩端各半個區(qū)間動力配電，車站設(shè)備區(qū)、公共區(qū)及區(qū)間照明配電，車站及所屬設(shè)計范圍內(nèi)區(qū)間的機電接地系統(tǒng)設(shè)計。

（2）與主要系統(tǒng)專業(yè)設(shè)計接口

a.與供電系統(tǒng)的接口

設(shè)計分界點在車站變電所動力變壓器低壓0.4kV側(cè)接線端子，變壓器由供電系統(tǒng)設(shè)計。SCADA的接口分界在開關(guān)柜內(nèi)現(xiàn)場監(jiān)控單元的通訊接口處，由SCADA專業(yè)負責兩個專業(yè)間的通信連接。動力照明專業(yè)分各自提供2 路獨立的低壓電源給交流屏和直流屏，不設(shè)配電箱，電纜按下進線方式直接引至交流屏內(nèi)的進線開關(guān)。

強電設(shè)備接地母排由供電系統(tǒng)設(shè)計；弱電設(shè)備接地母排、車站設(shè)備接地母排及其連接到接地引上線的電纜由動照專業(yè)設(shè)計。

b.與綜合UPS、自動售檢票、氣體滅火、站臺門、信號等系統(tǒng)電源及接地的接口

動照專業(yè)向各系統(tǒng)提供電源箱，接口位置在電源箱的出線開關(guān)下樁頭。

動照專業(yè)向各系統(tǒng)提供接地端子排箱，接口位置在接地端子排箱的端子排上。

c.與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控接口

車站環(huán)控電控柜與BAS 的監(jiān)控接口位置在環(huán)控電控柜的通信管理器上端。

三級負荷總開關(guān)以及其余非消負荷開關(guān)的切除由動照專業(yè)在低壓柜里提供給FAS一個接口端子，接口位置在低壓開關(guān)柜室的通信管理機柜的FAS切非端子排。

應(yīng)急照明電源裝置及各照明配電箱控制回路與BAS/FAS 的接口位于應(yīng)急照明電源裝置及各配電箱的端子排上。

d.與自動扶梯、電梯的電源接口

動照專業(yè)與電、扶梯的接口在電扶梯電控箱的進線開關(guān)上樁頭。

e.與通風空調(diào)系統(tǒng)的接口

動照專業(yè)與通風空調(diào)設(shè)備的接口在設(shè)備的電源接線端子，本站無冷水系統(tǒng)。

環(huán)控設(shè)備采用智能環(huán)控系統(tǒng)，它由環(huán)控電控柜內(nèi)智能元件、現(xiàn)場總線、通信管理機等設(shè)備組成，并與BAS系統(tǒng)控制器連接。

圖2 A 站動力配電系統(tǒng)示意圖

環(huán)控設(shè)備采用三級控制方式，即車控室控制，環(huán)控電控室控制和現(xiàn)場就地控制。與消防有關(guān)的電機過載故障只動作于信號不動作于跳閘。

f.與給排水系統(tǒng)的接口

動照專業(yè)與給排水專業(yè)接口在水泵自帶的控制箱進線端子。

（3）動力照明配電系統(tǒng)設(shè)置

車站0.4kV 柜室(兼做設(shè)備層環(huán)控電控室)設(shè)置于設(shè)備層設(shè)備及管理用房區(qū)內(nèi)，低壓配電主要設(shè)備房間設(shè)置情況如下：設(shè)備層設(shè)備及管理用房區(qū)設(shè)置1 處照明配電室，站廳層設(shè)備及管理用房區(qū)設(shè)置1 處照明配電室、1 處蓄電池室（EPS設(shè)備室）、1 處通風空調(diào)電控室；為配合建筑外觀方案，本站站臺層未設(shè)置照明配電室，利用層高達3.5m 的站臺板下空間做為站臺層兩端動力照明配電設(shè)備安裝位置。動力配電系統(tǒng)示意圖如圖2 所示。

因本站設(shè)計時《GB51309-2018 消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標準》尚未實施，故車站主體內(nèi)疏散照明由EPS裝置及應(yīng)急照明分配電箱供電，其中站廳及站臺公共區(qū)的地面疏散指示燈電源采用DC24V。

區(qū)間疏散照明燈電源由EPS裝置供給；區(qū)間疏散指示燈采用消防智能應(yīng)急疏散指示系統(tǒng)進行供電及控制。

車站公共區(qū)正常照明采用可調(diào)光智能照明DALI 系統(tǒng)進行控制。

2.2 案例二的低壓配電系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1 車站工程概況簡述

西安五號線二期工程某站（以下簡稱B站）的建筑方案則有別于典型的路中方案（如圖3 所示)，位于規(guī)劃A 路和規(guī)劃B 路十字路口東側(cè)，沿規(guī)劃A路東西向高架設(shè)置于路中綠化帶內(nèi)。站總長118m，標準段寬20m,車站總建筑面積約8302.8 平方米。本站建筑方案區(qū)別于典型路中方案在于車站主要設(shè)備及管理用房經(jīng)獨立設(shè)計以附屬形式設(shè)置于規(guī)劃A路旁地塊內(nèi)，采用天橋及地下電纜管溝與路中車站主體連接。

圖3 B 站車站布置示意圖

B站車站主體為地上三層島式高架車站，地上一層至三層依次為架空層、站廳層、站臺層；車站主體劃分1 個防火分區(qū)。B站附屬設(shè)備用房為地上四層，地下一層；車站附屬共劃分為5 個防火分區(qū)，分別為：地下一層消防泵房（兼給水泵房）及電纜夾層、地上一層設(shè)備管理用房區(qū)、地上二層（除天橋及出入口以外）的設(shè)備管理用房區(qū)、地上三層設(shè)備管理用房區(qū)、地上四層屋面水箱間與通風空調(diào)機房。

2.2.2 低壓配電系統(tǒng)設(shè)計

B站低壓配電系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容與A站基本一致，以下將主要對兩項工程有區(qū)別處進行闡述。

圖4 B 站動力配電系統(tǒng)示意圖

（1）與主要系統(tǒng)專業(yè)設(shè)計接口的區(qū)別

a.與BAS系統(tǒng)的接口

通風空調(diào)電控室的智能低壓開關(guān)柜與BAS 的接口位置在智能低壓開關(guān)柜的智能網(wǎng)關(guān)上。

b.與通風空調(diào)系統(tǒng)的接口

B站設(shè)計中沒有采用智能環(huán)控系統(tǒng)。通風空調(diào)電控柜負責實現(xiàn)設(shè)備的啟、停、正反轉(zhuǎn)、安全保護、故障報警等就地級監(jiān)控；通風空調(diào)電控柜向BAS提供通信接口，接收并執(zhí)行BAS發(fā)送的模式控制命令。

本節(jié)中未詳述的系統(tǒng)專業(yè)接口與A 站設(shè)計方案基本一致，此處不再贅述。

（2）動力照明配電系統(tǒng)設(shè)置

車站主體內(nèi)低壓配電主要設(shè)備房間設(shè)置情況如下：站廳層設(shè)備區(qū)設(shè)置1 處照明配電室兼應(yīng)急照明電源室，站臺層兩端各設(shè)置1處照明配電室。車站0.4kV柜室設(shè)置于附屬設(shè)備房地上一層，附屬設(shè)備房內(nèi)低壓配電主要設(shè)備房間設(shè)置情況如下：地上一層設(shè)置1處照明配電室、1 處通風空調(diào)電控室；地上二層設(shè)置1 處照明配電室；地上三層設(shè)置1 處照明配電室、1 處蓄電池室（EPS設(shè)備室）。動力配電系統(tǒng)示意圖如圖4 所示。

B站設(shè)計中疏散照明采用集中電源集中控制型消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)，EPS裝置為車站備用照明、公共區(qū)值班照明供電。

車站公共區(qū)正常照明采用智能照明系統(tǒng)控制（非DALI 系統(tǒng)）。

3 智能照明系統(tǒng)在設(shè)計中的應(yīng)用

在公共工程的建設(shè)中節(jié)能環(huán)保的重要性日益凸顯，因此照明的節(jié)能設(shè)計愈發(fā)重要。在地鐵高架車站的設(shè)計中，因鋼結(jié)構(gòu)頂棚的廣泛使用，使得在照明設(shè)計中要充分考慮光環(huán)境因素變化成為一個重點。因此采用可調(diào)光智能照明DALI 系統(tǒng)成為照明系統(tǒng)設(shè)計中的一個選擇，下面以A站為例簡述其智能照明系統(tǒng)的設(shè)計情況。

3.1 公共區(qū)正常照明的設(shè)計概況

3.1.1 A站公共區(qū)（含出入口）的正常照明由本站變電所內(nèi)的低壓開關(guān)柜配電,車站站廳B端設(shè)備區(qū)的照明配電室及車站站臺板下各設(shè)兩個公共區(qū)總照明配電，站廳、站臺公共區(qū)的照明由低壓柜的不同段母線交叉供電，滿足其一級負荷的配電要求。

3.1.2 公共區(qū)照明、出入口照明在照明配電室集中控制，并由綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過智能照明控制系統(tǒng)進行控制，與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的接口在智能照明控制系統(tǒng)的通信口處。公共區(qū)照明可根據(jù)實際需要定時開關(guān)一組、多組或不同區(qū)域的照明燈具。

3.1.3 公共區(qū)（含出入口）正常照明采用交叉供電，燈具按1：1比例進行設(shè)計，節(jié)電模式下可關(guān)閉部分燈具。

3.2 智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用

A站采用基于數(shù)字可尋址照明接口(DALI) 協(xié)議對燈具進行自動調(diào)光、開關(guān)控制。通過智能照明系統(tǒng)對照明模式切換，使車站照明量與客流量相適應(yīng)，即在客流高峰時打開更多光源，當客流下降時及時關(guān)閉不必要的光源。

根據(jù)車站內(nèi)照明場景的不同可以采用多種不同控制方式來實現(xiàn)模式切換，如時鐘控制、調(diào)光控制、照度傳感器控制、場景控制、BAS聯(lián)動控制等。車站內(nèi)各具備智能照明設(shè)備可用串聯(lián)方式接入網(wǎng)關(guān)總線耦合器上，MODBUS接口模塊與BAS 系統(tǒng)間采用通訊連接。

A站智能照明系統(tǒng)設(shè)計概念圖（如圖5 所示）中，本站設(shè)置1 處系統(tǒng)電源位于車站控制室內(nèi)，在站廳、站臺、車站兩側(cè)出入口開放無遮擋處設(shè)置6 處數(shù)字照度傳感器。

圖5 智能照明系統(tǒng)示意圖

在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)注意如下幾點：

（1）DALI 系統(tǒng)的燈具同時有電源接口和調(diào)光模塊接口，需要單獨敷設(shè)調(diào)光控制線，在敷設(shè)時不應(yīng)與強電線路同管敷設(shè)。在設(shè)計時應(yīng)用于非應(yīng)急照明回路。

（2）每條DALI 回路的燈具數(shù)量最大可接入燈具的數(shù)量因所選用設(shè)備而有所區(qū)別，應(yīng)根據(jù)實際工程的規(guī)模和需要選用相適應(yīng)的設(shè)備。DALI 回路的兩條照明回路供電不應(yīng)來自不同的照明箱。

（3）系統(tǒng)宜具備能源管理系統(tǒng)功能，可以實現(xiàn)包括不限于狀態(tài)監(jiān)測與報警、能耗管理與數(shù)據(jù)報表等的功能。

4 基于設(shè)計過程的思考

4.1 消防切非

高架車站站廳、站臺層一般存在設(shè)備用房防火分區(qū)的面積小于非消防電源配電回路所管轄區(qū)域，因此在切除非消防電源時，應(yīng)該根據(jù)配電回路所管轄區(qū)域的實際情況進行。因地鐵車站中各系統(tǒng)在火災(zāi)情況下其聯(lián)動要求均有所區(qū)別，因此在低壓配電專業(yè)向FAS專業(yè)提資時應(yīng)明確要求如：區(qū)間工作照明應(yīng)在消火栓系統(tǒng)動作前切除；公共區(qū)垂直電梯應(yīng)在電梯歸底后切除。

4.2 車站管線綜合設(shè)計

隨著BIM軟件在地鐵管線綜合設(shè)計工作中的推廣，可以解決地鐵車站中管線密集區(qū)域的管線排布及鋪設(shè)困難的問題。如案例二中B 車站因各弱電系統(tǒng)設(shè)備房間、變電所、環(huán)控電控室、消防泵房等均設(shè)置在車站附屬，引至車站主體的管線均需通過附屬與主體間連接的天橋，因此造成天橋頂下管線密集，在施工困難的同時也影響美觀。因此在設(shè)計中要在滿足低壓配電專業(yè)需求的前提下，對于橋架、線槽及其他電氣管線可以通過BIM軟件進行更為合理的排布和分配。

4.3 綜合接地網(wǎng)設(shè)計

高架車站的綜合接地網(wǎng)設(shè)計宜充分利用車站結(jié)構(gòu)柱、樁基、承臺內(nèi)的自然接地體與人工接地體相結(jié)合；目前高架車站普遍采用鋼結(jié)構(gòu)頂棚，在車站防雷接地設(shè)計中應(yīng)注意在鋼結(jié)構(gòu)雨棚深化設(shè)計階段對于用作接閃器的不同材質(zhì)金屬屋面應(yīng)嚴格按照《GB 50057-2010 建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》中5.2.7 條之規(guī)定。

對于如案例二中B車站這樣采用附屬設(shè)備房與車站主體采用分離設(shè)計的，對附屬設(shè)備房及車站主體的綜合接地網(wǎng)進行分別設(shè)計，兩處綜合接地網(wǎng)間采用人工接地體進行連接。此處應(yīng)注意，考慮到市政道路存在整修或擴建的可能，用于兩處接地網(wǎng)所用的接地體不應(yīng)直接敷設(shè)于市政路面下以避免市政道路在整修或擴建過程中對地鐵接地網(wǎng)造成破壞，造成運營安全風險。其可利用附屬至車站主體間天橋或供電管溝進行敷設(shè)，以便于運營方的檢修及維護。

5 結(jié)論

綜上所述，本文結(jié)合實際設(shè)計案例對地鐵高架車站的低壓配電系統(tǒng)設(shè)計進行了分析和介紹。隨著各地經(jīng)濟水平的提升以及對于節(jié)能、環(huán)保理念的加強，在進行如高架車站公共區(qū)特別是站臺層公共區(qū)這樣高大空間的照明設(shè)計，應(yīng)與建筑、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計等專業(yè)人員充分溝通，對如何充分利用自然光環(huán)境進行更多嘗試和思考，在達到照明設(shè)計要求的同時，緊跟發(fā)展創(chuàng)新的步伐。在對車站低壓配電系統(tǒng)設(shè)計時，一方面要結(jié)合車站運行實際的用電負荷、用電情況、用電設(shè)備運行工況等對系統(tǒng)設(shè)計特別是變壓器的選擇提供有價值的參考，在設(shè)計中保證其經(jīng)濟性，避免浪費；另一方面在實際的設(shè)計工作中在保持全線技術(shù)原則和標準具備統(tǒng)一性以降低未來甲方運行維護成本的前提下，應(yīng)當從現(xiàn)實出發(fā)結(jié)合不同車站的不同情況進行科學(xué)、合理的優(yōu)化。