地鐵換乘車站變電所整合方案淺析

王世杰

0 引言

隨著國內地鐵建設的迅速發展，許多城市線網規劃逐漸成型，換乘車站數量也隨之增長。換乘車站同時兼顧多條線路的運營，具有管理部門不同、實施時間不同等特點，與非換乘車站有較大差異。

為便于工程實施的可行性、經濟性、可靠性，滿足運營維護的方便性和可操作性，需在換乘車站建設初期，對換乘車站的供電提出合理的方案，以避免工程重復建設和不必要的工程投資。因此，本文對換乘車站變電所供電方式進行研究，并提出實施建議。

1 地鐵變電所的功能與設備構成

1.1 牽引變電所功能與設備構成

（1）牽引變電所功能。牽引變電所的功能主要是對主變電站引來的40.5 kV 交流電進行降壓整流，使之變成1 500 V 的直流電，再將1 500 V 的直流電通過沿線架設的接觸網不間斷地供給運行中的列車，以保證列車的安全、可靠、快速運行，準時輸送旅客。同時牽引變電所內設置的保護裝置及開關柜等對系統運行進行保護，防止與減少系統故障，縮小系統故障范圍，保護其他設備不因設備故障造成損害。

（2）牽引變電所設備構成。地鐵牽引變電所的設備主要由40.5 kV 開關柜、整流變壓器、整流 器、1 500 V 直流開關柜、排流柜、鋼軌電位限制裝置、變電所綜合自動化系統等組成。

1.2 降壓變電所功能與設備構成

（1）降壓變電所功能。降壓變電所的功能主要是將35 kV 交流電降壓成380/220 V 的低壓電，向車站和區間隧道的各種動力、照明和各系統設備供電，保證各種車站設備的正常運行，給乘客提供一個安全舒適的乘車環境。

（2）降壓變電所設備構成。地鐵降壓變電所的設備主要由40.5 kV 開關柜、0.4 kV 開關柜、配電變壓器、變電所綜合自動化系統、鋼軌電位限制裝置等組成。

2 地鐵換乘車站變電所整合方案分析

2.1 換乘車站變電所整合原則

（1）滿足換乘線路、車站的牽引及動力照明用電要求。

（2）滿足線路間獨立運營和管理的要求，降低相互干擾及故障影響范圍，運行方式簡單、靈活。

（3）優化配置，提高電力、土地資源的利用率，降低建設成本及后期運營管理成本。

（4）如線路分期建成，預留必要的接口條件，減免后期改造費用及對先通線路運營的干擾，同時兼顧投資的經濟性。

（5）便于運營管理，具備規劃、指導后期工程建設及運營管理的條件，提高整個線網系統配置的整體性和合理性。

2.2 換乘車站牽引變電所整合方案分析

牽引變電所合建是指在換乘車站，該工程牽引變電所與其他線路牽引變電所合建成一座牽引變電所，采用相對較大的整流機組，預留直流饋線的方式，同時向不同線路供電。

不同線路的軌道絕緣不同，考慮到雜散電流防護等因素，根據《地鐵雜散電流腐蝕防護技術規程》（CJJ 49-92）中第4.1.4 條規定，不得從一個牽引變電所向不同的地鐵線路實行牽引供電。

在換乘車站中，與其他線路合建牽引變電所，還存在以下不利因素：

（1）對于非同期建設的換乘車站，在進行先期工程建設時，無法確定后期建設的線路在該車站是否設置牽引變電所。后期建設的線路在哪座車站設置牽引變電所，需要根據其特定的線路、運營以及車輛等工程特點確定。若在先期工程牽引變電所預留向后期工程供電的條件，則需要采用較大的整流機組容量，同時預留直流開關柜柜位。而后期工程若不在該車站設置牽引變電所將使該預留成為工程投資的浪費。

（2）對于不同線路同期建設換乘車站，其先期開通的工程牽引變電所會靠近先期工程線路，以節省直流電纜投資，那樣距離后期開通工程線路上網點會比較遠。若采用牽引變電所合建方式，則需要將大量的直流電纜敷設至后期開通工程線路，以4 回上網電纜（上網電纜每回以4 根計）及2 回負回流電纜（回流電纜每回以6 根計）為例，每百米電纜的投資至少在85 萬元，而換乘車站上網電纜的敷設長度可達150 m，甚至將近200 m。敷設如此之多的電纜至后期開通工程線路側，對于土建配合以及敷設通道的要求都大大提高。另一方面，牽引系統采用直流1 500 V 供電，無論上網電纜還是回流電纜，在正常運行時，每回電纜中均有大電流流過，因此，長距離供電也不符合節能的要求。

2.3 換乘車站降壓變電所整合方案分析

換乘車站降壓變電所整合是指與其他線路降壓變電所合建，提供跟隨所供電條件，主要是車站動力照明負荷的整合。

（1）換乘車站降壓變電所動力照明負荷分析。地鐵車站的動力負荷主要包括：通信、信號、所用電、自動售檢票、照明、綜合監控、屏蔽門、人防、扶梯、空調、維修等。換乘車站的負荷種類與一般地鐵車站相同，但有很多方面存在不同，主要包括以下方面：

a.負荷數量更多。由于車站需要為多條線路服務，眾多的系統需要為不同線路配置獨立的設施；車站面積的增加，使得為乘客服務的設備相應增加。兩線換乘車站的負荷數量約為一般車站的1.6倍。

b.負荷容量更大。大型車站的空調負荷、排水負荷、照明負荷都比一般車站大幅增加。容量的增加直接導致變壓器容量的增加，變壓器容量的增加又導致低壓開關開斷容量的增加，甚至變壓器的容量要求超出變壓器的制造能力。

c.負荷分布更廣。車站面積擴大，供電距離加長，致使電壓損失難于滿足設備的運行要求，只能增大供電電纜的截面，造成投資的大幅增加，同時帶來設計、施工、運營的困難。另外，長距離送電大幅提高電能的損失，不利于節能降造。

d.負荷管理更難。換乘車站分屬不同線路，存在共用空間，也存在專用房間。對于共用空間，難于劃界；對于專用房間，可能遠離所屬線路，由本線供電困難。

（2）換乘車站降壓變電所的整合方案。根據車站的結構特點，結合負荷和房間的歸屬，換乘車站的供電方式有2 種選擇：

a.分線路供電方式。在換乘車站內，根據負荷和房間歸屬的不同線路，分別設置本線的降壓變電所，負責為本線的動力照明負荷供電。

b.區域供電方式。在換乘車站內，根據車站的結構特點，在車站不同的負荷集中區域設置降壓變電所，負責為該區域內的動力照明負荷供電。

根據工程的可靠性、投資、工期、運營維護等方面的不同，對上述2 種供電方式進行對比，結果如表1所示。

3 其他需要注意的問題

（1）對于非同期建設換乘車站，建議由先建線為后建線的變電所預留接地網強電引出端子、設備房間、電纜通道等，以便于后建線施工時減少土建改造，降低建設成本。

表1 分線路供電方式與區域供電方式對比表

（2）由于跟隨式降壓變電所配電變壓器與交流40.5 kV 饋線開關柜安裝在不同地點（一般位于車站的兩端），帶來了配電變壓器檢修和維護時的安全問題。因此需要采取可靠措施，保證配電變壓器的安全檢修和維護。

（3）在同期建設換乘車站的降壓變電所整合過程中，除需隨時掌握車站的規模、負荷容量等資料外，還需結合不同線路的電力監控、電費計量、維護管理等具體要求進行設計。

4 結論

（1）無論換乘車站是同期建設還是非同期建設，與其他線路換乘的車站，均不宜采用牽引變電所合建方式。

（2）對于同期建設換乘車站的降壓變電所宜合建，分線路供電方式與區域供電方式可靠性相同，但區域供電方式的投資控制和工期控制較好，且節能效果較好；對于非同期建設換乘車站的降壓變電所，因后期建設的車站規模，車站負荷未確定，如果考慮降壓變電所與多條線換乘車站合建，可能造成后期建設的車站供電負荷不能滿足要求，因此不宜合建。

[1]GB50157-2003 地鐵設計規范[S].

[2]CJJ 49-92 地鐵雜散電流腐蝕防護設計規程[S].