地鐵變配電系統的工程設計分析

蔣澤進

【摘要】由于地鐵變配電系統主要提供對于除了電動列車之外的所有負荷的電能的供應，所以地鐵變配電系統對于地鐵的正常運營起著至關重要的作用。在我們國家，迫切需要加快地鐵的工程建設，達到解決公共交通問題的目的的時代背景下，我們對于地鐵變配電系統的工程設計的研究，有著十分重要的意義。筆者在本文中針對地鐵變配電系統的工程設計做了初步的專題研究。

【關鍵字】地鐵；變配電系統；工程設計

【中圖分類號】U231.8 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0275-01

1、地鐵變配電系統的重要性

地鐵的全稱是地下鐵道。它是一種獨立并且有軌的交通系統，一般不會受到地面道路以及天氣情況的影響，地鐵是按照設計的能力正常運行的，能夠快速、安全并且舒適地運送來回的乘客。地鐵的效率很高，并且不會產生污染，也可以實現乘客大運量的要求，有著非常良好的社會效益。世界上第一條地下鐵道是出現在英國倫敦。現在，倫敦依然是世界上地鐵交通最為發達的城市之一，這些縱橫交錯的地下鐵道給城市提供了更加快速、更為便捷的運輸工具，不但大大的緩解了地表交通的壓力，同時也成為了城市生活的一個重要特征之一。

地鐵屬于有軌交通，它的運輸組織、功能實現以及安全保證都需要遵循有軌交通的客觀規律。在運輸組織方面，地鐵必須實行集中調度、并且統一指揮、按照運行圖去組織行車；在功能實現的方面，各個相關專業例如隧道、車輛、供電、線路、通信、BAS、AFC和通風空調、給排水工程、消防措施、照明隊伍、電梯部門、門禁部門、屏蔽門等等都應該保證狀態良好，保證正常的運行；在安全保證這一方面，主要是依靠行車組織以及眾多設備能夠正常運行來為必要的行車間隔以及正確的行車經路做出保證。

2、地鐵變配電系統工程設計的主要特點

在地鐵車站里面，配電系統的工程設計是最為復雜而又繁重的工作，設計的內容主要包括了：負荷計算、總體配電方案、動力配電系統以及照明配電系統。

2.1 負荷計算

地鐵的實際負荷并不是所有用電設備額定功率相加之和。因為用電設備是不可能全部一起同時工作的，一般設備都不可能全部都滿負荷，每一件用電設備的功率因數也不都是相同的。因此，在地鐵電氣系統的設計過程當中，一定要找出這些用電設備的等效負荷。“等效”的意思是這些用電設備在實際運行的時候產生的最大的熱效應和等效的負荷所產生出的熱效應相等，同時產生出來的最大溫升和等效負荷所產生出的最高溫升也相等。按照等效負荷，從滿足用電設備的發熱條件這個角度來選擇各種用電設備。計算的負荷功率或者是負荷電流被稱為“計算負荷”。計算負荷的計算可參照下列的公式：

其中n為用電設備總數，i為設備序列號，Q為用電計算負荷kVA，si為用電設備i的視在功率kVAR，Pi為用電設備i的有功功率kW。計算負荷指的是一種假想的持續負荷，這種負荷的熱效應和實際變動的負荷所產生出的最大熱效應是相等的。一般采用30分鐘的時間間隔的負荷的最大平均值來做計算負荷，它被看為確定供電容量、電氣設備以及線材規格、無功補償與線路壓降的依據。計算負荷一定要準確得當，過小的話會引起變壓器以及線路過熱的現象，加速它的絕緣損壞，而過多的損耗能量，則會增加電壓的損失從而破壞正常的運行條件，有時甚至會引起線路失火，結果造成重大的事故。反之，若是計算負荷偏大，則會使變壓器的容量過剩，同時線路截面過大，使得開關的整定電流過高，這樣就會造成工程投資增加，產生不必要的浪費。所以，應該正確并合理地對地鐵的配電系統做工業設計，負荷計算是其中至關重要的一環。

2.2 總體配電方案的工程設計

地鐵的用電負荷按照功能的不同可以分為兩大類，一類是電動機車運行時需要的牽引電力，第二類是車站、區間、車輛段以及控制中心等的建筑物需要的動力照明要用的電，例如風機、空調水泵及電梯、照明、FAS、通信、信號以及屏蔽門等等。地鐵供電系統擔負了地鐵運行所需要的電能的傳輸以及供應，供電系統是保障地鐵能夠安全、可靠運行的重要保證。地鐵供電系統主要由外部電源和主變電所（也稱電源開閉所）以及牽引供電系統和變配電系統、電力監控系統這幾個部分組成的。外部電源是來自城市電網，一般是采用集中式、分散式或者混合式等的形式，一般外部電源的電壓等級是110kV或者10kV。

2.3 動力配電系統

地鐵動力指的是地鐵車站里面的風機、電機和水泵等必須使用380/220V交流電源的設備。車站動力配電的設計范圍一般是從降壓變電所的配電變壓器后的低壓開關柜以及交直流盤饋出的電纜頭開始到車站的動力用電設備。因為地鐵車站通風的空調設備數量比較多，為了便于集中的供電以及控制，在車站的兩端的通風空調機房的附近范圍內設置了環控電控室。從環控電控室里給各種風機和空調、水泵等等通風空調設備提供放射式的供電方式來配出電力；冷水機組作為通風空調設備當中容量最大的設備組，一般直接由降壓變電所配出。通風空調設備除了可以在環控電控室控制外，一般都是采用就地控制以及綜合控制這樣兩種控制方式。就地控制指的是在設備旁設置就地控制箱，來實現現場的操控；而綜合控制指的是在車站綜合控制室里面使用BAS系統來實現對設備的控制和監視，并把采集到的信息送到中央控制室里。給排水設備內設置水位自動控制，給BAS系統提供一個監視接口。地鐵內一般是采用的超聲波液位探測器，它具有了極高的準確性和可靠性。

2.4 照明配電系統

地鐵與地面的建筑相比來說最大的一個特點是沒有天然的采光，而主要依賴人工照明。地鐵照明使用的時間較長，而且對于照度及可靠性的要求也很高，尤其是地鐵照明能耗所占的電力能耗的比重比較大。所以，在地鐵照明設計中應該合理的選用光源、燈具和照明的控制方式，注重提高照明的質量以及照明用品的節能效果。地鐵照明分類是：車站一般照明、車站應急照明和區間工作照明、區間應急照明及廣告照明和安全照明；應急照明屬于一級負荷，車站一般照明、區間工作照明和安全照明屬于二級負荷，而廣告照明則屬于三級負荷。

一般照明：主要分為公共區域照明以及設備管理用房的照明，公共區域照明是集中管理、統一控制的，車站附屬的房間和設備用房照明是就地控制，一般是由單獨的回路供電。公共區域照明的每一個分區都是采用兩路電源來交叉供電的方式，一路電源發生了故障的時候，另一路電源可了維持50%的照明。一旦運營高峰過去之后就能夠停掉一部分支路，方便了節約照明用電。夜間列車停運之后把一般的照明關掉，可以依靠應急照明。

應急照明：為了確保車站出現故障的時候可以順利并且安全地疏散乘客，照明人員在地下車站設置了220V的蓄電池組（供電時間大于60分鐘），在兩路交流電源全部失壓的情況下給應急照明供電。應急照明一般在正常情況下是由交流電源供電的，當交流電源停電的時候就自動切換到由蓄電池組供電的電路。應急照明在車站的站廳和站臺以及出入口處是常明燈，沒有設集中控制；車站附屬的房間和設備用房則采用了就地控制。

區間照明：單線隧道設置在行車方向左側的墻上，可以分為工作照明以及應急照明，每隔5米設置一盞11W的熒光燈，這樣的兩種照明相間布置。

安全照明：降壓變電所電纜夾層和站臺板下電纜通道以及高度低于1.8m的風道設置了安全照明，一般采用的是36V的安全電壓，照明變壓器設置在相應層的照明配電室里面。

廣告照明：給設置在公共區域以及出入口處的廣告燈箱供電。

3、小結

我國的地鐵變配電系統設計目前還存在著其他的一些問題，和國外的相比較仍然有著較大的差距。但是隨著地鐵在全國各個大城市的不斷延伸，在設計人員不斷持續地深入的研究下，一定會有更加先進而且合理的設計理念以及設計方案出現。