城市軌道交通換乘站變電所的布置方案

魏海洋 楊 慶

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，300251，天津∥第一作者，高級工程師)

隨著城市軌道交通網絡化的快速發展，換乘站越來越多。換乘站按土建模式一般分為垂直交叉、平行交織、通道聯絡等多種方式，具體可分為站廳站臺十字垂直換乘、站廳共享站臺分設換乘、站廳站臺分設通道換乘、混合換乘等基本型式。隨著各種類型換乘車站的逐步建成，如何對換乘車站變電所進行合理的設計，使其既能滿足供電功能的要求，又能技術經濟合理且運營靈活方便，已成為城市軌道交通建設值得研究解決的重要課題。

1 換乘站變電所布置方案

為了方案研究的通用性和代表性，筆者結合沈陽地鐵工程1號線、2號線青年大街十字換乘站為例，對變電所的布置方式進行分析研究。

青年大街站為沈陽地鐵1、2號線上側下島式兩層十字垂直換乘車站，通過換乘通道及站臺樓梯換乘。1號線本站為雙層島式車站，地下一層為站廳層，地下二層為站臺層;2號線本站為雙層側式車站，地下一層為站臺層，地下二層為1、2號線合用的設備層。青年大街站地下平面布置如圖1和圖2所示。

圖2 青年大街站地下二層平面圖

根據青年大街站建筑平面特點，結合青年大街站1、2號線土建一次性建成，2條線運營相差1年等因素，經綜合分析研究，共有3種變電所的布置方案可供選擇。

1.1 合并式布置方案

該方案將青年大街站1、2號線的變電所完全合建在一起。所有的變電所設備，如高壓柜、變壓器、低壓柜、交直流屏及信號屏等都共用一套，即高低壓設備全集成共享。由1個變電所為1、2號線2座車站全范圍進行供電。變電所具體的布置方式如圖3所示。

合并式布置方案有以下優點:

1)經濟性好——高壓柜共7臺(2臺進線、2臺出線、2臺饋線、1臺母聯)，變壓器共2臺(2×2500 kVA)，低壓柜共41臺，交直流屏及信號屏各1套。設備投資共計600萬元。

2)占地面積小——整個車站的供電設備集中設置在一處，設備房屋布置簡潔;由于設備數量最少，房屋面積只有480 m2，可降低土建造價，設計時房屋的布置配合也比較容易。

圖3 合并式變電所布置方案

3)運營檢修方便——1個變電所1套設備，可以安排1組檢維修人員進行日常的設備維護。

但合并式布置也存在一定的劣勢:

1)由于1個變電所的低壓柜數量較多，出現故障的機率也就大幅增加，較大程度上降低了變電所本身供電的可靠性。

2)換乘站實際上是2條線的2座車站，但本方案35 kV高壓進線電源只來自于1號線主變電所，如果高壓進線和高低壓電氣設備出現故障，兩站沒有相互備用機制，則事故波及面大。

3)由于換乘站一般是客流聚集的車站，若有電氣故障發生，影響乘客數量多。

4)控制中心的電力監控和數據采集(PSCADA)只能監測到1座車站的數據，若2條線分屬2個不同的運營公司，則電力調度不方便。

1.2 分設式布置方案

該方案將本站1、2號線的變電所完全分設。所有的變電所設備，如高壓柜、變壓器、低壓柜、交直流屏及信號屏都各用1套，即高低壓設備皆不共享。2個變電所為各自范圍內的2座車站進行供電。變電所具體的布置方式如圖4所示。

圖4 分設式變電所布置方案

分設式布置方案有以下優點:

1)可靠性高——由于換乘站2個變電所的35 kV高壓進線共有4路電源，同時發生故障的概率可以忽略。當其中1座車站35 kV高壓進線電源出現問題或高低壓電氣設備出現故障需要斷電檢修，另1座車站變電所就可以對其支援，這樣事故的波及面不會太大，不至于引起乘客恐慌。

2)電力調度靈活方便——控制中心的PSCADA對兩站變電所數據分別進行監控，這對運營公司來說，電力調度不受技術制約而十分靈活方便。

但分設式布置方案也存在一定的劣勢:

1)經濟性差——高壓柜共14臺(4臺進線、4臺出線、4臺饋線、2臺母聯)，變壓器共4臺(2×1600 kVA+2×1000 kVA)，低壓柜共46臺，交直流屏及信號屏各2套。設備投資共計860萬元。

2)占地面積最大——2座車站的供電設備分別設置，由于設備數量多，2個變電所房屋面積共需要630 m2，增加了土建造價。2個變電所房屋都比較大，設計時房屋的布置配合也比較困難。

1.3 跟隨式布置方案

該方案將本站1、2號線的變電所部分合建在一起，除高壓柜共用外，其他變電所設備，如變壓器、低壓柜、交直流屏及信號屏等都共用1套。即高壓設備集成共享，低壓設備不共享。2個變電所為各自范圍內的2座車站進行供電。其變電所具體的布置方式如圖5所示。

跟隨式布置方案兼顧了合并式與分設式的特點:

1)經濟性較好——高壓柜共13臺(2臺進線、2臺出線、4臺饋線、1臺母聯、4臺隔離提升)，變壓器共4臺(2×1600 kVA+2×1000 kVA)，低壓柜共46臺，交直流屏及信號屏各2套。設備投資共計750萬元。

2)占地面積較小——2座車站的供電設備分別設置，由于減少了3臺高壓柜，2個變電所房屋面積共需要590 m2。

圖5 跟隨式變電所布置方案

3)可靠性較高——一般高壓進線電源和高壓柜設備的故障率比較低，當其中1座車站變壓器及低壓柜出現故障需要斷電檢修，另1座車站變電所不受影響，可以正常供電，這樣事故的波及面不會太大，不至于引起乘客恐慌。

4)電力調度較方便——控制中心的PSCADA對2站變電所高壓數據共享，對低壓數據分別監控，這對運營公司來說，進行電力調度比較方便。

2 綜合分析

綜上所述，在城市軌道交通換乘站的變電所布置中，一般可采用合并式、分設式、跟隨式等3種變電所布置方案。其綜合性能見表1。從表1可知，這3種變電所的布置方式都能滿足換乘站對供電的功能要求。從專業技術角度而言，合并式經濟性好，分設式運營靈活，跟隨式性價比最高，故各具特點和優勢。

表1 換乘站變電所布置方案性能比較表

通過筆者對換乘站的分析研究，對于平行換乘的車站，由于2座車站形同1座大型車站而聯系緊密，建議優先采用合并式變電所方案，其電氣設備少、占地規模小、經濟效益較優;對于十字垂直換乘的換乘站，由于2座車站聯系比較緊密可以優先采用跟隨式變電所方案，以盡量減少設備和占地規模，同時兼顧了運營的靈活性;對于通過通道換乘的換乘站，由于2座車站只是物理上的聯通，功能聯系比較少，建議選擇分設式變電所方案。本文中的青年大街十字式換乘站變電所布置方案在最終實施時采用的是跟隨式變電所方案。

3 結語

隨著我國城市軌道交通網絡的迅猛發展，換乘站型式也日益復雜，加上其他因素，如投資主體不同、運營管理單位的不同等，這也都會影響變電所方案的選擇。所以，在設計中還要結合各自工程的特點，因地制宜、綜合各種因素進行分析研究，而最終決定選擇變電所的布置方案。

［1］楊慶.城市軌道交通中地下車站動力照明供電方案比較［J］.鐵道標準設計，2004(6):93.

［2］王彥利，謝偉，魯楠.地鐵車站跟隨式降壓變電所設置方案研究［J］.電氣化鐵道，2010(3):44.

［3］白云鵬.沈陽地鐵車站降壓變電所設置方案研究［J］.電氣化鐵道，2008(3):41.

［4］張文澗.地鐵換乘車站運營管理界面及機電設備系統設置原則分析［J］.現代城市軌道交通，2010(1):45.

［5］趙春艷.地鐵牽引變電所平面布置方案［J］.城市軌道交通研究，2012(4):67.