鐵路站房供配電設計

李俊民 / 陳雙燕（中國建筑設計研究院，北京 100044）

1 鐵路站房的特點

鐵路站房的特點是人流密集、工藝設備重要、空間高大、配套商業面積大、廣告多，在站房供配電設計中必須充分考慮以上因素。不僅要為站房提供安全可靠的供電系統，而且要為站房提供一個靈活經營和節能增效的空間環境。人員密集和工藝設備供電要求高決定了站房的供配電系統要有高可靠性；空間高大決定了節能設計在站房配電中的重要地位；配套商業多、廣告多，要求配電系統靈活可變。本文將針對站房的以上特點，簡要介紹站房供配電系統的設計如何實現供電的可靠性、靈活性，以及節能控制等方面采取的措施。

1.1 人員密集

人員密集是站房的最重要特點，為此，規范中特別用人員密集程度來判定站房的規模，對客貨共線的站房規定：最高聚集人數H≥10000人為特大型，3000≤H<10000為大 型，600

1.2 工藝設備的重要性

主要包括信號系統、通信系統的設備和機房。信號系統包括運輸調度指揮管理信息系統、綜合調度系統、信號機械室等；通信系統包括售票系統、行包系統、客運總控室、客運主機房、綜合顯示系統主機房、廣播機械室、樓層配線間等，其供電均屬于一級負荷或一級負荷中特別重要負荷。

1.3 空間高大

進站大廳、出站大廳、候車廳、站臺、行包房等一般為高大空間。其照明、空調、管線敷設、消防報警等系統都不同于普通空間。照明一般采用金鹵燈，但其應急照明需要采用瞬間點亮的鹵素燈；因為高大空間的空調負荷大，采用適當的空調節能措施非常必要；管線敷設難度較大，除空間下層的管線敷設外，空間上方常常需要布置必要的馬道，沿馬道敷設電纜橋架；消防報警需結合消防滅火措施，輔以雙波段探測系統、光截面探測系統、紅外對射系統或極早期空氣采樣探測系統等。

1.4 配套商業面積大

站房設計中配套商業的供電比較復雜，尤其設計前期，功能定位、招商、經營模式均未確定，設計很難把握。為解決供電系統的可變性和使用要求的靈活性，供商業用的變壓器宜單獨設置，并預留適當的發展空間，便于擴容。

1.5 廣告多

廣告經營是車站日后運營的重要組成部分，在車站廣場、進出站大廳、進出站通道、候車廳、站臺等場所均有可能設置大量的廣告燈箱，在這些場所應該預留供廣告用的電量，最好有專用配電箱。由于經營模式未定，宜在配電箱內預留電能計量裝置或預留空間。

2 供電電源

2.1 鐵路站場的供電

鐵路站場包括工務段、信號綜合樓、郵政行包房、行車公寓以及站房、站臺等建筑群，一般在站場內設置一座雙電源10kV配電所，為整個站場供電。其中站房用電負荷大，宜從10kV配電所采用10kV專線供電 ，站場內其他用房的負荷相對較小，一般采用10kV環形供電。

2.2 應急電源供電

盡管供電部門管理很嚴格，電網設施很先進，但斷電故障也在所難免。作為大型或特大型的車站，一般都是集鐵路、城市公交、地鐵、出租車、社會車輛、旅游車及長途車等多種交通方式為一體的客、貨運樞紐，建筑面積大、人員密集，應該考慮設置應急電源。應急電源可以是柴油發電機組，也可以是第三路高壓電源。由應急電源供電的負荷包括：與行車密切相關的通信系統、綜合調度系統、防災報警控制系統、應急照明系統以及旅客站房、站臺、地道等重要場合的部分照明負荷等。

3 供電方案

高低壓供電方案應根據站房的規模以及用電可靠性確定，一般采用以下三種供電形式。

3.1 兩路高壓、一路應急柴油發電機組

平時由兩路高壓電源供電，當兩路高壓失電后，由應急柴油發電機組供電。還需要考慮到柴油發動機啟動時間需要至少15s的因素，為保證重要負荷的可靠和連續性供電，需要考慮采用與集中柴油發電機組相配合的分散設置的UPS、EPS應急電源方案。計算機系統、通信系統及客運控制系統采用UPS作為應急電源，應急照明等采用EPS作為備用電源，供電系統示意圖見圖1。

圖1 兩路高壓，一路應急柴油發電機組一次圖

3.2 三路高壓（兩路主用、一路備用）

如果用電負荷較大，兩路高壓（1#、2#）不能滿足容量要求，可考慮由第三座區域降壓站引來第三路高壓（3#）。平時由兩路高壓供電，當其中一路高壓故障時，第三路高壓投入。一組變壓器的兩路高壓分別引自1#、2#高壓母線，客觀上也滿足了重要負荷三路電源的需求。當然，對于特別重要負荷而言，還需配備UPS或EPS不間斷電源，以保證供電的可靠性，供電示意圖見圖2。三路高壓供電的可靠性較難保證，因第三路很可能與前兩路中的一路來自同一區域降壓站，所以必須明確第三路高壓來自其他區域降壓站。

圖2 三路高壓（兩路主用，一路備用）一次圖

3.3 三路高壓（兩路主用，一路應急電源專用）

如果用電負荷不大，兩路電源能滿足用電負荷的需求，有條件時可由地方電源引來一路高壓電源專供重要負荷使用。這種方案是設置一臺專用變壓器，供與行車密切相關的通信、綜合調度系統、防災報警控制系統、應急照明系統及旅客站房、站臺、地道等重要場合的部分重要負荷，供電系統示意圖見圖3。

圖3 三路高壓（兩路主用，一路應急電源專用）一次圖

4 變壓器的設置

4.1 站房用電負荷分類

4.1.1站房基本運行負荷

（1）照明：站房照明、站臺照明、廣場照明、地下通道照明、景觀照明、立面照明及應急疏散照明；

（2）空調負荷：制冷機組、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔、末端空調機組、分體空調機組及多聯機組等；

（3）動力負荷：普通進、排風機、水泵、鍋爐房、熱力站、電梯及扶梯、消防風機、消防水泵等；

（4）信號系統：與行車密切相關的通信、綜合調度系統及信號機械室；

（5）通信系統：售票系統、行包系統、客運總控室、客運主機房、綜合顯示系統主機房、廣播機械室、樓層配線間、動態標識、靜態標識及通信設備；

（6）安全系統：視頻監控、門禁、防盜報警及防災通風設備。

4.1.2商業用電負荷

中、西餐廳及廚房；快餐廳、小賣部、信報亭；商業廣告。

4.2 變壓器設置

站房用電負荷基本分為三類。一類是常用的固定負荷，包括照明、動力、信號、通信和安全等負荷。這類負荷常年運行，相對固定，便于掌握。如果用電負荷不是太小，可以將這類負荷用兩臺變壓器供電。由于這些負荷相對重要，一、二級負荷較多，變壓器選擇相對小一些的負荷率，可控制在70%左右；另一類是季節性的空調負荷，基本在夏季使用，用電量較大，可以將這類負荷用一組變壓器或一臺變壓器供電。這類負荷的重要性相對較低，變壓器負荷率可設計在85%左右；還有一類是商業負荷，這類負荷變動較大，往往初期投入負荷不大。隨著發展，商業氣息逐漸濃厚，用電負荷將逐漸增大。因此，將這類負荷宜單獨設置，并預留一定的發展空間，變壓器負荷率控制在80%左右。

5 低壓配電系統

站房主要由進出站大廳、進出站通廊、售票大廳、普通候車廳（室）、VIP候車廳、貴賓室、行包房、郵政行包房、商業、餐飲、站臺、通信機械室、客運總控室、廣播機房、網絡機房、信號機械室、信號值班室、站內辦公、派出所以及地下停車庫等場所組成。各場所對電源的要求不同，應區別對待，主要場所的配電系統闡述如下：

5.1 通信系統

通信系統包括通信機械室、客運總控室、信息配線機房、廣播機械室、網絡機房、售票室、行包機房及公安監控機房等。這些場所屬一級負荷，需兩路電源供電。可在售票機房電源室、客運電源室、信息配線機房、行包房及公安監控室分別設置雙電源切換柜，分別由變配電室引兩路電源。其中一路電源由柴油發電機組或第三路市電作后備電源，就地設置UPS不間斷電源。末端靜態標識、動態標識及自動售票機，可由各自機房統一供電。表1是某6萬m2站房的通信系統機房配置及用電量統計表，供參考。

表1 某站房通信用房面積及用電量表

5.2 信號系統

一般站場規模較大時，單獨設置信號樓；規模較小時，在站內設置。包括信號機械室、信號值班室、信號工區及微機檢測中心等，總電量150kW左右。這些場所屬一級負荷，兩路電源供電。在信號電源室及微機檢測中心分別設置雙電源切換柜，分別由變配電室引兩路電源。其中一路電源由柴油發電機組或第三路市電作后備電源，就地設置UPS不間斷電源。

5.3 人員密集的高大空間

人員密集的高大空間包括進出站大廳、候車廳及站臺等。這些場所人員密集，不僅需要考慮火災時的應急疏散照明，還應該考慮平時的電源故障，可以設置由兩個電源分別供電的兩個照明配電箱。其電源分別由不同變壓器母線引來，各支路由兩個配電箱間隔或“梳狀”供電，各負擔50%的普通照明。

5.4 貴賓室

貴賓室包括貴賓門廳、貴賓室、貴賓休息、衛生間及服務間，采用專線雙路電源。其中一路電源有條件時由柴油發電機組或第三市電作后備電源；無條件時，可就地配備EPS電源。

5.5 商業

商業用電不定因素較大，應盡量落實商業的用途，中餐廳、西餐廳、快餐廳（麥當勞、肯德基、匹薩、中式快餐等）、零售商業、咖啡廳、茶座等的用電量相差很大，在沒有確定用途的情況下應按150～200W/m2估算，待確定用途后，廚房用電量可參照表2預留。

表2 各類廚房用電指標參考表

5.6 廣告

站房人流量大，廣告是一個很好的招商渠道，主要設置在人流量較大的場所，包括：站前廣場、進出站大廳、進出站通廊及候車室等場所。為便于經營，廣告照明用電最好單獨供電，每個區域單獨設置配電箱，主電源單獨計量，并預留出線回路的計量。廣告照明一般采用熒光燈，可按燈箱面積估算電量，一般按100～150 W/ m2。

6 大空間的綠色節能配電設計

6.1 照明配電

進站大廳、出站大廳、候車廳等場所一般為高大空間，照明配電箱除在地面層按支路供電半徑40m左右設置外，上空也可能設置照明配電箱，照明配電箱安裝在上空檢修馬道上。照明配電要密切配合燈光設計單位。回路的劃分很重要，按一般照明（上空設金鹵燈）、閱讀照明（候車區設落地燈）、局部照明（設投射燈、壁燈）、應急照明（局部相對低矮空間設筒燈、壁燈）及廣告照明等劃分。一般照明可由兩個配電箱提供電源，照度要有多個梯度（1/8、1/4、1/2）滿足多種場景的照度及節能需要。

6.2 空調、水泵配電

這些高大空間為了視覺需要基本都是玻璃幕墻，甚至部分還是玻璃采光頂。空調負荷大，對其末端空調機組，甚至前端冷凍機房空調水泵的配電，采用適當的空調節能措施非常必要。空調智能節電控制已在多個站房工程中運用，效果不錯。

智能化節電裝置主要由斷路器、高效濾波器、功率因數補償器、交流接觸器、編程器、傳感器、PLC、智能電壓調整器等電氣元器件組成，主要應用于組合式空調系統，在頻率（50Hz）不變的條件下，節電率可達20%以上。

智能化節電裝置的主電路配置，主要由節電部分和旁路部分組成。當節電部分出現故障時，通過交流接觸器的機械互鎖自動換接到旁路部分，使組合式空調器保持連續正常運行。智能化節電裝置配置PLC手編程控制器和RS485通信接口，可以方便地與用戶BAS系統連接，使整個機房的空調器實現遠程控制。也可在智能化節電裝置上實現就地控制。智能化節電裝置也可與FA消防聯動控制系統連鎖運行。一旦發生火警，組合式空調立即停止運行。智能化節電裝置采用先進的工控機和觸摸屏組成的人機界面，通過簡單的編程設計，靈活方便的操作，可以實時跟蹤設備電機的負荷變化，及時調整設備在運行過程中的各種參數（如：空調風機的風閥、水閥的開度等）。

圖4 空調帶旁路的節電控制主回路圖

6.3 空調水泵的控制

水泵節電裝置接收來自上位機開機信號，同時節電裝置反饋必要的運行、故障信號。水泵的控制采用自動變頻控制。冷卻水循環系統進水與出水之間存在水溫差，溫差越大說明冷卻器需要交換的熱量越多，相反溫差越小說明冷卻器需要交換的熱量越少。因此，通過安裝溫度傳感器，采集冷卻水進、出水溫度，根據溫差△T控制電機轉速，可調節冷卻水流量。冷凍水循環系統的工作類似冷卻系統。冷凍水的回水溫度和出水溫度之差說明了冷凍水從用戶端帶走熱量的大小，所以通過溫差做出冷量需求的判斷，利用溫差控制冷凍水流量，實現節能控制。

6.4 空調風機的控制

首先分別在回風口、送風口、循環進水口及室外安裝溫度傳感器。將室外溫度和循環水溫作比較，當△T大于制冷設定值時，判定為制冷模式，當△T小于制熱設定值時，判定為制熱模式，處于兩者之間為通風模式。自控系統也可以根據不同的季節來判定三個模式，但以溫度判定優先。確定好運行模式后，風機采用變頻控制。

風閥控制方面，由節電裝置接受來自上位機開機信號，先開風閥、水閥，再開空調風機；關閉時順序相反。同時自動地判斷模式，如果為制冷、制熱模式時，系統通過送、回風口溫差來判斷，大于制冷設定值時為預冷工況，小于制熱設定值時為預熱工況。這時通過PLC發出關閉新風閥模擬量信號（4～20mA），同時打開回風閥、水閥，開啟度100%。隨著預冷、預熱結束，溫差逐漸減少，如果處于設定值范圍內為空調運行工況，這時通過PLC打開新風閥，新風閥開度保證最小新風量10%左右。如果系統判斷為通風模式時，PLC發出信號，打開新風閥，開度100%，關閉回風閥信號。當空調機組停機時，關閉所有閥門后，再停空調器風機。

圖5 空調機組控制原理圖

1)控制模式判斷（制冷、通風、制熱）

（1）通過設定日期判斷模式

自控系統可以在觸摸屏上設定制冷周期、制熱周期：

（2）溫差判斷模式

室外溫度T3－循環水溫T2 = 溫差△T℃，當△T℃大于制冷設定值判斷為制冷模式；當△T℃小于制熱設定值判斷為制熱模式；處于兩者之間為通風模式：

圖6 日期判斷模式邏輯圖

節能自控系統通過日期和溫差2種判斷模式，以日期為前提，溫差為主導，使空調系統更能適應驟變的氣溫，大大地提高了節能空間。

2)送風量控制

制冷風量控制：回風溫度>設定值時，風機滿負荷100%輸出；回風溫度<設定值時，風機部分負荷70%～90%之間輸出。

制熱風量控制：回風溫度<設定值時，風機滿負荷100%輸出；回風溫度>設定值時，風機部分負荷90%～70%之間輸出。

通風風量控制：回風溫度>設定值時，風機部分負荷90%輸出；回風溫度<設定值時，風機部分負荷70%輸出。

3)新風量控制

在回風管上安裝一個CO2濃度檢測儀，根據監測數據自控系統控制新風量開度。

(1）制冷新風量控制：當回風溫度>設定值時，新風機關閉，新風閥關閉；當回風溫度<設定值時，根據CO2濃度新風閥10%～20%之間輸出，新風機運行。

(2）制熱新風量控制：當回風溫度<設定值時，新風機關閉，新風閥關閉；當回風溫度>設定值時，根據CO2濃度新風閥15%～25%之間輸出，新風機運行。

(3）通風新風量控制：新風閥全部打開，新風機運行。

4）水閥控制

圖7 溫差判斷模式邏輯圖

圖8 送風量控制邏輯圖

根據回風溫度自控系統自動調節水閥開度，系統調節以變風量為主，變水量為輔的原則來調節水量。當送風機的控制量在70%～100%之間，水閥100%打開，屬于定水量控制；當送風機的控制量小于70%時，為了保證送風量，風機還是以70%輸出，這時系統通過調節水閥控制量0%～100%調節，由原來的定水量轉為變水量調節。

6.5 節能裝置與BAS接口說明

水泵、空調機組總控制由BAS、FAS和節能設備裝置共同完成控制，節能設備通過MODBUS通訊協議與上位機實行通信功能。從上位機接受啟、停信號和火警等信號，節能設備反饋上位機所必要的運行、故障、閥門開啟度、溫度等信號。

設備運行時如發生火災，FAS首先給BAS一個火警信號，再由BAS給節能裝置一個火警信號，節能裝置響應后馬上連鎖停止風機、水閥、新風機、新風閥、回風機及回風閥等所有運行設備。

6.6 節能裝置與動力柜連接

每個動力柜提供一個總開關，三相五線配電。不同電壓等級的所有電動閥總電源均由節能控制柜提供，節能自控柜220V交流UPS電源，容量1kVA。

7 結語

站房的供配電設計方案與站房的規模很重要，在設計前應明確人員密集程度，明確定位。應充分了解站房工藝及其重要程度，為其配電提供必要依據。在可能的情況下，充分接觸站房使用單位，了解其后續的商業經營模式，為適應商業招租提供靈活的保障。綠色節能是當前建筑設計的主旋律，電氣設計專業如何在該領域發揮應盡的義務，是擺在我們每個電氣工程師面前的一大重要課題。

[1] 中華人民共和國鐵道部. GB50226163-2007鐵路旅客車站建筑設計規范[S]. 北京：中國鐵道出版社，2007.

[2] 中華人民共和國鐵道部. TB10008- 2006鐵路電力設計規范[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2006.