地鐵地下車站集中冷站供配電設(shè)計(jì)探討

潘元欣

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

1 概述

廣深地區(qū)某線因站間距較短、部分含有配線的車站具有可開發(fā)空間特點(diǎn)，利用車站多余空間角落等待重新回填可做蓄冷密度水池有利條件，環(huán)控專業(yè)研究認(rèn)為分站供冷蓄冷水池相對(duì)較小，不利于提高蓄冷水池的容積效率，故在合理的供冷半徑范圍內(nèi)采用集中水蓄冷方案可行。集中冷站采用大溫差蓄冷和供冷系統(tǒng)，通過(guò)優(yōu)化工藝運(yùn)行方案，實(shí)現(xiàn)在低電價(jià)時(shí)期進(jìn)行蓄冷，高電價(jià)時(shí)期盡量由蓄冷水池獨(dú)立供冷，提供本站、兩端相鄰4個(gè)車站及區(qū)間市政配套空間的冷源，針對(duì)不同工況下的設(shè)備運(yùn)行情況，筆者就地下車站集中冷站配電方案做以下討論。

2 環(huán)控工藝簡(jiǎn)介

根據(jù)環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，集中冷站除設(shè)置蓄冷水池，還有冷水機(jī)組，以及相應(yīng)的蓄冷泵、放冷泵、冷凍泵、冷卻水泵、一次冷凍水泵、二次冷凍水泵及冷卻塔等設(shè)備。由于采用集中供冷方式，各供冷分站的揚(yáng)程阻力不同，全空調(diào)系統(tǒng)采用二次泵系統(tǒng)，一次冷凍泵主要是機(jī)房側(cè)設(shè)備運(yùn)行，基本采用定流量系統(tǒng)，二次冷凍泵用于末端側(cè)設(shè)備運(yùn)行，采用變流量變頻系統(tǒng)。工藝根據(jù)不同季節(jié)、不同時(shí)段調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行方案，不同工況下的設(shè)備開啟臺(tái)數(shù)及設(shè)備安裝容量見(jiàn)表1。由表1可以看出，最大運(yùn)行方式出現(xiàn)在100%工況下第1種情況，約為每年6～9月份，晚上3臺(tái)冷水機(jī)組及輔機(jī)均開啟，邊蓄冷邊供冷，使主機(jī)始終保持高效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)最大供冷量;集中冷站的最小運(yùn)行方式出現(xiàn)在每年1～2月份，約為25%工況，蓄冷水池獨(dú)立供冷;除滿足最大、最小運(yùn)行方式外，工藝還要求事故情況下蓄冷池及主機(jī)聯(lián)合供冷，1臺(tái)冷水機(jī)組開啟，蓄冷池提供最大供冷量通過(guò)釋冷泵和板式換熱器實(shí)現(xiàn)。

3 集中冷站供配電設(shè)計(jì)

3.1 負(fù)荷分級(jí)

根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157—2003)14.5.1條第3款相關(guān)規(guī)定，在地下標(biāo)準(zhǔn)車站設(shè)計(jì)中冷水機(jī)組及輔機(jī)通常按三級(jí)負(fù)荷考慮，事故情況予以切除。由于地鐵車站屬人員集中的重要公共場(chǎng)所，且與該站相鄰車站為人員密集的換乘站，區(qū)間市政配套空間冷源也由該冷站提供，若集中冷站設(shè)備中斷供電將會(huì)造成地下車站特別是換乘站的秩序混亂，根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50052—2009)3.0.1條第3款，該站的集中冷站設(shè)備按二級(jí)負(fù)荷考慮。

3.2 配電方式選擇

集中冷站作為二級(jí)負(fù)荷，冷水機(jī)組單臺(tái)設(shè)備容量較大且運(yùn)行工況具有較明顯的季節(jié)性變化特點(diǎn)，根據(jù)車站建筑條件，分別設(shè)置車站集中冷站專用跟隨所和環(huán)控電控室，跟隨所內(nèi)設(shè)置2臺(tái)變壓器，由車站兩路高壓回路分別供電，跟隨所低壓系統(tǒng)采用單母線分段運(yùn)行。正常情況下，2臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行，母線分段斷路器斷開，當(dāng)一臺(tái)變壓器故障或停電時(shí)，切除2臺(tái)冷水機(jī)組及其連鎖設(shè)備，母線分段斷路器投入，由另一臺(tái)變壓器向一臺(tái)冷水機(jī)組及其連鎖設(shè)備供電，冷水機(jī)組由跟隨所低壓配電柜單路放射式供電。集中冷站各配套輔機(jī)與相應(yīng)的冷水機(jī)組都是作為一個(gè)完整的工藝系統(tǒng)需協(xié)調(diào)運(yùn)行，冷凍機(jī)組成套設(shè)備自帶控制單元，在不同工藝運(yùn)行模式下調(diào)整輔機(jī)的數(shù)量，以蓄冷池、主機(jī)聯(lián)合供冷工況為例，開機(jī)順序:冷卻泵→冷卻塔風(fēng)機(jī)→模式蝶閥→釋冷泵→一次冷凍泵→二次冷凍泵→冷水機(jī)組，停機(jī)順序與開機(jī)順序完全相反，可以看出冷水機(jī)組啟動(dòng)前的任何一個(gè)輔機(jī)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，冷水機(jī)組將無(wú)法正常工作，因此輔機(jī)設(shè)備的配電亦按二級(jí)負(fù)荷考慮。與冷水機(jī)組供電方式不同，輔機(jī)由集中冷站環(huán)控電控室電控柜配電，增加了環(huán)控室配電級(jí)數(shù)，因此在環(huán)控室設(shè)置了3段二級(jí)母線段，由跟隨所兩段低壓母線分別引入主、備用電源，母線段的電源進(jìn)線開關(guān)自動(dòng)切換后單回路引至輔機(jī)設(shè)備。各母線段負(fù)荷分配情況見(jiàn)表2，其中第Ⅲ段二級(jí)母線配電是按故障情況下的一臺(tái)冷水機(jī)組及輔機(jī)運(yùn)行要求并且做到各級(jí)開關(guān)的投切次數(shù)最少設(shè)計(jì)。如果第Ⅲ段二級(jí)母線出現(xiàn)故障或由該母線配電的某一輔機(jī)出現(xiàn)故障，冷水機(jī)組的控制單元可按預(yù)先設(shè)定的工作模式調(diào)整為1號(hào)或2號(hào)冷水機(jī)組及其他2段母線所對(duì)應(yīng)的輔機(jī)運(yùn)行;如果2號(hào)變壓器出現(xiàn)故障可通過(guò)跟隨所母線分段斷路器合閘調(diào)整到1號(hào)變壓器供電。跟隨所及環(huán)控電控室低壓配電主接線系統(tǒng)如圖1所示。

3.3 負(fù)荷計(jì)算

根據(jù)表1設(shè)備運(yùn)行工況，分別以100%工況下第1種情況、75%工況下的第4種運(yùn)行方式及25%工況下的第2種運(yùn)行方式分別進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，據(jù)此進(jìn)一步討論供電電源正常和事故情況下供配電方案。集中冷站環(huán)控室不同工藝情況下集中冷站電控室各段二級(jí)母線負(fù)荷分配情況見(jiàn)表2。

表2 集中冷站環(huán)控室二級(jí)負(fù)荷母線負(fù)荷分配

正常情況下跟隨所變壓器負(fù)荷計(jì)算見(jiàn)表3，事故情況下跟隨所變壓器負(fù)荷計(jì)算見(jiàn)表4。

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表4 事故情況下跟隨所單臺(tái)變壓器負(fù)荷計(jì)算

通過(guò)以上負(fù)荷計(jì)算可以看出，由于冷水機(jī)組共3臺(tái)且單臺(tái)設(shè)備容量較大，特別是集中冷站采用專用變壓器供電方案，2臺(tái)變壓器負(fù)荷不易分配平衡，設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮正常情況下2臺(tái)變壓器負(fù)荷分配情況，還要兼顧事故情況下工藝調(diào)整為1臺(tái)冷水機(jī)組及輔機(jī)運(yùn)行工藝要求，盡量減少各級(jí)開關(guān)的投切次數(shù)，實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備累計(jì)運(yùn)行時(shí)間大致相同，根據(jù)季節(jié)變化調(diào)整冷水機(jī)組及輔機(jī)的運(yùn)行模式，積累合理的工藝調(diào)整方案做到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

在車站集中冷站供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，除了對(duì)設(shè)備負(fù)荷等級(jí)做出正確分級(jí)，還應(yīng)盡量詳盡了解設(shè)備工藝運(yùn)行情況，需要對(duì)正常工作時(shí)可調(diào)節(jié)負(fù)荷的控制方案及效果做出較為合理判斷，變壓器的選擇及計(jì)算既要按用電設(shè)備的工作需要進(jìn)行，又有要考慮到運(yùn)營(yíng)后應(yīng)實(shí)現(xiàn)“平峰填谷”的節(jié)能效果，同時(shí)對(duì)于集中冷站這類季節(jié)性特征明顯的負(fù)荷，利用系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，采用不同的供配電方案，通過(guò)定時(shí)、定量控制提高電力使用效能，在供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障、一路電源缺失或2臺(tái)變壓器中的一臺(tái)出現(xiàn)故障必須保證二級(jí)負(fù)荷供電，使可調(diào)節(jié)負(fù)荷在滿足工藝要求下低功率運(yùn)行，在正常情況下利用邊界參數(shù)計(jì)算保證設(shè)備的高負(fù)荷全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)變壓器最高效率。

[1]GB50157—2003，地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB50054—1995 低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB50054—1993 通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]JGJ16—2008 民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部質(zhì)量安全監(jiān)司，中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.2009JSCS—5 全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施－電氣[Z].北京:2009.

[6]中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)電力出版社，2005.

[7]《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì).鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1996.