北京軌道交通指揮中心供電系統改造方案研究

席 紅

（北京城建設計研究總院，100037，北京∥高級工程師）

軌道交通指揮中心（以下簡為“軌指中心”）是軌道交通路網的管理中樞，它通過對各線路進行集中調度管理，形成軌道交通統一指揮、集中高效、反應迅速的綜合管理平臺。

北京軌指中心一期工程已于2008年建成，負責路網14條線路的指揮調度管理。隨著北京軌道交通的快速發展，軌指中心的規模已不能滿足要求，因此將二期工程的原培訓功能轉變為調度指揮，再納入路網21條線路進行集中調度管理。二期工程建成后，北京軌指中心將成為目前世界上規模最大、接入線路最多、智能化水平較高的軌道交通路網調度和指揮管理中樞。

由于二期工程與一期工程的建設要求不同，使供電系統發生了較大變化，并需對一期工程的供電系統進行改造。本文分析了北京軌指中心二期工程建設后的供電系統對一期工程供電系統的影響，并提出供電系統的改造方案。

1 一期工程供電系統簡介

北京軌指中心為一類高層建筑，由于其功能需要，存在多條線路的電子信息機房及相應電子用電設備。根據GB 50174—2008《電子信息系統機房設計規范》的規定，結合路網指揮中心的使用性質、管理要求及其在社會中的重要性，將各線控制中心（OCC）電源室確定為一級負荷中特別重要負荷。

一期工程建設時的原則是：在各條線路設置后備指揮中心，在軌指中心受到威脅及破壞等情況下，其調度指揮功能可轉入后備指揮中心。因此，論證后確定由北京城市電網引入2路10kV電源，采用單母線分段接線并設置分段開關，在一級負荷中特別重要負荷用電設備末端設置不間斷電源（UPS）作為應急電源。

一期工程設1座變電所。該變電所也作為軌指中心原規模下的總變電所。變電所10kV系統為二期工程預留了4個饋出回路。所內設6臺變壓器，其中2臺用于工藝設備及精密空調，2臺用于動力照明用電設備，2臺用于建筑物的制冷設備；同一類型的變壓器分別接入10kV的Ⅰ、Ⅱ段母線。

2 二期工程建成后的供電系統

二期工程建設的原則是：北京軌道交通在今后的新線建設中不再設置后備指揮中心。因此，軌道交通對軌指中心集中指揮調度的依賴性大大提高。北京軌指中心共負責多達35條線路的指揮調度管理，故二期工程對供電可靠性的要求比一期工程建設時更高。

2.1 10kV供電系統

經多次論證，確定北京軌指中心整體工程在一期工程由城市電網引入2路10kV電源（上級是同一座變電所）的基礎上，由另外的城網變電所再引入1路10kV電源。10kV主接線型式仍為單母線分段，并將母線分為3段，每2段母線間設置1個母線分段開關。整體工程主接線圖如圖1所示。

·正常運行時，3路電源同時投入，分段開關均處于分閘位，其中第1路和第2路電源各承載一半的負荷，第3路電源為熱備用。

·當第1路或第2路電源退出并符合分段開關的合閘條件時，相應的分段開關自動或手動合閘，由第3路電源繼續供電。

· 當第1路和第2路電源均退出時，2個分段開關自動或手動合閘，由第3路電源繼續供電。

· 當由城市電網引入的3路電源均失電時，將由應急電源保證一級負荷中特別重要負荷的供電。

根據工程規模，二期工程需要設置2座變電所，共設置8臺變壓器。其中，4臺用于工藝及精密空調，2臺用于動力照明設備，2臺用于制冷設備。

圖1 主接線圖

2.2 應急電源系統

一期工程采用UPS作為應急電源。為了能夠較長時間保證一級負荷中特別重要負荷的供電，二期工程建設確定，設置柴油發電機組作為軌指中心整體工程的應急電源。為避免在城市電源失電、柴油發電機組啟動過程中對一級負荷中特別重要負荷的供電中斷，二期工程也補充適當容量的UPS電源，但供電時間小于一期工程的要求。

工藝設備及精密空調變壓器所帶負荷均為一級負荷中特別重要負荷，全部由柴油發電機供電，并與正常電源可靠聯鎖。

動力照明變壓器中僅消防負荷由柴油發電機供電，并與正常電源可靠聯鎖。

3 改造方案研究

由于二期工程時全線整體布局大理念上的原則變化，帶來北京軌指中心整體工程供電系統方案發生了較大的變化，且二期工程建筑功能的改變也使得用電負荷大大提高。按照二期工程建成后的整體供電系統方案，一期原總變電所的接線形式、設備配置、設備布置以及為二期工程的預留條件都不能滿足要求，因此需要重新設置主、分變電所。

根據工程情況，城市電源將接入二期工程其中的1座變電所中，并作為整體工程的總變電所，一期工程原總變電所改造為分變電所。而按照北京供電的一些相關要求，分變電所的變壓器由總變電所直供，在變壓器10kV電源側設置用于檢修隔離的開關設備。因此一期工程原總變電所的既有10kV開關柜需要改造。為便于說明，將一期工程的原變電所稱為A變電所，二期工程的新總變電所稱為B變電所。

在二期工程建設中，供電方案的實施涉及到一期工程A變電所的城市電源轉接至B變電所及10 kV配電系統的改造。由于軌指中心一期已投入運行，因此在改造中應保證軌指中心的正常運行，不允許二級負荷以上設備停電。這是改造方案的難點。為避免對軌指中心運行的影響，對A變電所的改造安排在軌道交通夜間停運的時間段進行。

3.1 城市電源轉接及10kV分支柜改造方案

按照北京供電部門的要求，建筑物內應設有10 kV分界小室，作為城市電網與用戶的管理分界。城市電源先引入分界小室中的10kV分支柜，再引至用戶變電所。因此，城市電源引入位置由A變電所改為B變電所，在二期工程中需要設置新的分界小室。

為使二期工程建設對軌指中心一期運行不產生影響，將首先建設新的分界小室和B變電所，安裝所需設備并完成調試。然后敷設新增第三路10kV城市電源電纜，經二期10kV分支柜至B變電所10 kV開關柜；敷設一期分界小室經二期10kV分支柜至B變電所10kV開關柜的10kV電纜，用于轉接既有2路10kV電源。

以Ⅰ段母線為例，說明既有2路10kV城市電源由A變電所改至B變電所的轉接過程：

（1）分閘A變電所Ⅰ段母線進線開關，并禁止母線分段開關各種方式下的合閘。

（2）分閘一期10kV分支柜對應負荷開關，斷開城市電源。

（3）拆除一期10kV分支柜至A變電所Ⅰ段的進線電纜。以上過程完成后，即解除了A變電所Ⅰ段的城市電源。

（4）對一期10kV分支柜進行設備利舊，連接預先敷設的、經二期10kV分支柜至B變電所10 kV開關柜Ⅰ段母線的電源轉接電纜，完成A變電所Ⅰ段至B變電所Ⅰ段的電源轉接。

在完成Ⅰ段母線的城市電源轉換后，同理完成Ⅱ段母線的城市電源轉換。

3.2 一期工程變壓器供電的過渡方案

城市電源由A變電所改至B變電所的轉接過程中，將造成A變電所內變壓器的失電。需采取措施，避免變壓器全部失電。

在電源轉換改造過程中，敷設B變電所至A變電所6臺變壓器的直配電纜。解除A變電所Ⅰ段的城市電源后，拆除A變電所Ⅰ段母線至變壓器電纜，由B變電所Ⅰ段引來的電纜直供變壓器。此時A變電所Ⅱ段帶一期工程的3臺變壓器，B變電所Ⅰ段帶一期工程的另外3臺變壓器。

在B變電所Ⅰ段發電前，由于A變電所Ⅱ段母線帶電，因此一期工程的工藝、動力照明和制冷設備各有1臺變壓器帶電，低壓分段開關合閘，保證二級及以上負荷的供電。在B變電所Ⅰ段發電后，母線帶電，并提供一期工程3臺變壓器的電源。此時可進行城市電源由A變電所Ⅱ段母線改至B變電所Ⅱ段母線的轉接，并提供一期工程另外3臺變壓器的電源。至此一期工程的6臺變壓器通過過渡方案全部完成了由B變電所直配供電。

3.3 10kV開關柜改造方案

城市電源轉接完成并由B變電所承擔了一期工程6臺變壓器的供電后，A變電所的10kV開關柜已經退出，可進行改造。

改造后A變電所10kV側只設置用于一期工程6臺變壓器檢修的隔離開關設備。此設備可安裝于原10kV開關柜的位置，并盡可能利用既有設備。

當A變電所10kV隔離開關設備安裝等工作完成后，利用原A變電所10kV開關柜與各變壓器連接的既有電纜，分別將10kV隔離開關設備接入各變壓器。舉例說明如下：

（1）分閘B變電所Ⅰ段母線進線開關，并禁止母線分段開關各種方式下的合閘；

（2）將B變電所Ⅰ段母線接入的一期工程變壓器連接電纜拆除，并接至A變電所中與變壓器對應的10kV隔離開關設備的引入端；

（3）利用原A變電所10kV開關柜與各變壓器連接的既有電纜，將10kV隔離開關設備與對應變壓器連接。至此實現了3組10kV隔離開關設備的接入改造。

同理完成另外3組10kV隔離開關設備的接入改造。

3.4 低壓配電系統改造方案

設置柴油發電機組后，發電機的應急電源需接入A變電所低壓配電系統構成應急母線，因此需對低壓配電系統進行改造。

3.4.1 工藝設備低壓配電系統改造方案

經仔細研究分析后確定，不一定要按傳統做法將發電機的進線柜設置在電源進線柜旁，可在原低壓柜端頭各增加1面發電機的進線柜，發電機進線柜通過封閉母線直接接到低壓母線上構成應急母線，由發電機送2路電源。這樣，既提高了供電的可靠性，也不用移動原有的變壓器及低壓柜。

在改造實施中，2段母線分別進行，可滿足全部負荷的供電。

3.4.2 動力照明低壓配電系統改造方案

動力照明變壓器所供電的負荷中只有消防負荷為一級負荷中特別重要負荷，改造時需為其單獨設置應急母線段。由柴油發電機引1路應急電源接入此應急母線。

改造需增加構成應急母線的切換柜，并要將幾面消防負荷的設備柜移至應急母線段。改造方案的重點是在滿足應急母線段的前提下，盡可能減少低壓柜的移位，以免影響低壓饋出回路供電。改造過程中，可根據實際需求定制過渡低壓開關柜及需要更換的新低壓柜。

在改造實施中，只有一段母線進行改造，另一段母線帶電，可保證二級及以上負荷的供電。

3.5 改造時注意的問題

在城市電源轉換和A變電所其他配電系統開關柜改造的過程中，均會出現單電源供電的情況。應在改造前對設備進行全面檢查、維護，以保證改造過程中未改造部分不會因設備原因造成停電。

在城市電源轉換后而A變電所10kV開關柜改造完成前，A變電所10kV側沒有隔離斷開點，若變壓器出現問題，應在B變電所對應開關分閘后，加強監管，確保檢修期間不會誤送電，在檢修的變壓器處，做好接地措施。

在城市電源轉換和電纜敷設等改造實施過程中，存在一定的安全隱患。應加強安全教育，并嚴格執行只在規定的設備或某一面開關柜進行作業的規定。

改造期間一期工程的供電可靠性有所降低，應制定相應的應急預案，減少其他不必要的損失。

4 結語

近幾年，除北京外，杭州、重慶、武漢等城市也陸續在建設軌指中心。隨著城市軌道交通的快速發展，將涌現越來越多的軌指中心，也會出現軌指中心的擴建和改造。目前，軌指中心供電系統的改造還不是常規設計內容，沒有先例可效仿。希望本文能為后續軌指中心的建設和擴建提供參考和借鑒，并敬請同行批評指正。

［1］JGJ 16—2008民用建筑電氣設計規范［S］.

［2］北京城建設計研究總院.北京市軌道交通指揮中心一期工程施工設計文件［R］.北京：北京城建設計研究總院，2005.

［3］北京城建設計研究總院.北京市軌道交通指揮中心二期工程施工設計文件［R］.北京：北京城建設計研究總院，2011.