某城際鐵路地下站供配電系統設計

李沛

摘 要：城際鐵路地下客運車站，建筑規模高于普通地鐵車站，除了通信、信號、信息、電扶梯、屏蔽門等設備外，環控通風、給水消防設施比地鐵更加復雜，因此給供配電系統設計提出了新的要求， 從而使得研究合理、可行的供配電設計方案顯得十分重要。為了滿足城際鐵路地下車站和區間用電需求，地下站設置了10kV配電所及站房變電所；應急電源系統采用柴油發電機組和EPS相結合的方式。

關鍵詞：城際鐵路；供配電系統；柴油發電機組；環控配電

中圖分類號：TM40 文獻標識碼：A

1 概述

城際鐵路地下車站一般位于不宜設置為地面或者高架車站的地方，如航空機場內或者城市核心區。某城際鐵路在某國際機場設置一座客運車站，該車站為地下站，位于機場T1航站樓的北側。車站東側地上為機場近期規劃T2航站樓，同時車站北側地下還規劃有城市軌道交通車站。車站上部為機場近期規劃綜合交通換乘中心（簡稱 GTC），兩工程同期實施。

本站總建筑面積為 51848m2，其中地下建筑面積為 51293m2（站廳、站臺建筑面積為 42825m2，地下附屬建筑面積為 8468m2）。車站為地下兩層雙島四線型式，埋深約 21.5m，其中站廳層在上，站臺層在下。

2 地下站負荷情況和供配電設計原則

2.1 負荷情況

地下站負荷主要集中在車站東端、中部和西端的站房設備區， 其它區域相對較小。

主要一級負荷有： 通信系統、信號系統、信息系統、防災報警系統、設備監控系統、電力監控系統、（自動）售檢票、屏蔽門、疏散用自動扶梯、氣體滅火、消防泵、噴淋泵、所用電、站臺站廳公共區照明、應急照明、火災時需運行的風機及其風閥、排煙風機及其風閥、防火卷簾、擋煙垂簾等。

主要二級負荷有： 設備區和管理區照明、人防風機、污水泵、集水泵、垂直電梯、安檢儀、分體空調等。

三級負荷有： 冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機、廣告照明、維修插座、清掃插座、商業用電等。

地下站總負荷容量為5357.4kW，其中一級負荷3179.6kW，二級負荷597.5kW，三級負荷1580.3kW。

2.2 供配電基本原則

作為城際鐵路客運車站，屬于人員密集場所，并且車站為地下空間，為保證人員及設備安全，應確保供電安全可靠，并對特別重要負荷配備發電機、蓄電池（EPS或者UPS）等后備電源。變配電所為無人職守無人值班， 設備采用免維護少維護型。

1）低壓配電系統容量按遠期最大負荷設計，并考慮一定裕量。

2）車站每個變電所均設兩臺配電變壓器，低壓側采用單母線分段，每段母線均設三級負荷分母線。正常運行時，0.4kV母線分段斷路器打開，兩臺配電變壓器分列運行。當一回10kV電源失電后，0.4kV母線分段斷路器閉合，由一臺配電變壓器負擔本所的全部一、二級負荷。當10kV電源恢復時，自動復位為正常運行方式。

3 變配電所供配電系統

3.1 外部電源情況

城際鐵路地下站從地方110kV變電站引入2路專用10kV外部電源，采用全電纜敷設方式。

3.2 站場供配電

地下站新建一座10kV配電所，引入2路外部電源，該所與地下站合建，既符合變配電所盡量位于負荷中心的設計要求，又滿足了機場在地面、城際車站在地下的合理布局。

新建10kV配電所除了為地下站站房所有負荷供電外，還為車站兩側隧道照明、隧道內通信直放站、電伴熱、雨水泵等負荷供電， 同時還為城際鐵路區間貫通線路提供電源。

3.3 站房供配電

地下站站房為地下共2層，用電負荷主要分布在站廳層的左端、中部和右端三個設備區域，而這三個區域的通風空調設備較多且負荷占比較大。全站負荷主要集中于這三個區域， 根據供電設置盡量位于負荷中心的原則，所以研究后確定每個負荷區分別布置一座10kV站房變電所， 即左端、中部和右端設1號、2號、3號三個變電所。由于左端設備最集中區總負荷最大，因而10kV配電所與1#變電所臨建，10kV配電所分別直接向1#和2號變電所饋出10kV電源，3號變電所10kV電源由2號變電所內環網“π”接引出。10kV配電示意如1所示。

1號變電所總負荷容量為2451.3kW，其中一級負荷938.4kW，二級負荷206.6kW，三級負荷1306.3kW。2號變電所總負荷容量為1679.8kW，其中一級負荷1372.4kW，二級負荷201.4kW，三級負荷106kW。3號變電所總負荷容量為1225.9kW，其中一級負荷868.4kW，二級負荷189.5kW，三級負荷168kW。根據負荷計算，得出1號變電所變壓器為 2×1000kV，2號變電所變壓器為 2×1000kV，3號變電所變壓器為 2×800kV。

1號變電所位于站房左端（西側）設備區內， 2號變電所位于站房中部設備區； 3號變電所位于右端設備區；1號、2號和3號變電所均設有高壓環網柜、變壓器室及低壓開關柜室。

各變電所低壓系統為單母線分段運行， 母聯可自動投入。同時各變電所按一、二級負荷、三級負荷分別設置了母線段， 設有集中切除母線段的條件， 故障時切除三級負荷， 確保重要負荷。

3.4柴油發電機作為第三路電源供電

站房柴油發電機組作為一級負荷的應急電源；變電所0.4kV低壓側設有重要負荷母線，與柴油發電機組并網， 當外部電源停電時在15s內自動投入，確保重要負荷用電和旅客安全。

EPS作為照明應急電源分布于現場， 為應急照明提供應急保障， 確保外部電源失電或者意外故障時旅客能安全疏散。

3.4.1 發電機組選擇

地下站選用一臺柴油發電機，主用功率為400kW作為第三路電源。柴油發電機組保證應急照明用電、變電所操作電源UPS、FAS及綜合監控等特別重要的負荷供電。endprint

3.4.2 發電機組運行方式

常規運行方式下， 發電機啟動后和站房1號、2號和3號變電所低壓側并網， 負荷范圍為地下站站房。當10kV外電源停電、缺相、電壓或頻率超出范圍，或同一變電所兩臺變壓器同時故障時，從變電所的自動互投開關ATS處取柴油發電機的延時啟動信號至柴油發電機房，信號延時5s自動啟動柴油發電機組，柴油發電機組10s內達到而定轉速、電壓、頻率后，投入額定負載運行。當外電恢復50s后，由ATS自動恢復外電供電，柴油發電機組經冷卻延時后，自動停機。柴油發電機配電示意圖如圖2。

4 地下站動力設備供電

城際鐵路地下車站與高鐵和城際地上（地面）車站相比，比較大的區別在于地下車站有大量的環控通風、排風排煙、冷水機組及冷凍水泵等設備，這些設備主要特點是大容量負荷相對集中、小容量負荷較為分散，因而地下站具有其獨特的供配電方式。

4.1環控設備配電系統

車站環控設備由環控電控室集中供電和控制，每個環控電控室設有環控一級母線和環控二級母線，分別給環控一級和環控二級負荷供電，冷源系統由變電所三級母線供電至其配電柜。環控一級采用雙電源切換系統進線。左端、中部和右端環控電控室各設有一面控制柜用來設置PLC及觸摸屏。

由環控電控柜引出環控風機、排煙風機等設備控制箱。

冷水泵由于容量較大且屬于三級負荷，由變電所三級母線供電至其配電柜。

對于有變頻要求的設備采用變頻控制。

4.2給排水系統

各類水泵按照負荷等級的配電要求從變電所饋線至設備所在處的電源箱控制箱。

4.3車站主要設備配電系統

通信系統、信號系統、自動售檢票系統、FAS系統、BAS系統、變電所自用電等重要負荷雙回路直接取自變電所不同的0.4kV母線，并自成系統供電。

5 防雷接地

按照相關規范和其它系統的接地要求，地下站采用了綜合接地系統， 接地電阻不大于0.5Ω。

5.1 防雷接地

利用GTC金屬屋面做接閃器， 建筑結構鋼筋網作為引下線，利用地下站結構設置的抗拔樁作為站房接地極（不設置人工接地極）。

5.2 系統接地

10kV系統采用了小電阻接地形式，站房內0.4kV低壓系統采用TN-S接地形式。所有帶電設備的金屬外殼、地下金屬管線均與接地網相連通， 燈具也要求接PE線保護。

變配電所及環控電控室、低壓配電室應在房間內敷設接地扁鋼，并采用黃綠涂裝，底邊距地20cm，經過門處應采用扁鋼暗敷在裝修層內，并用雙回電纜連接至局部等電位箱LEB。

通信、信號、信息等系統設備接地，按相關規范、規程要求分別接入綜合接地系統。

6 結論

目前建成使用城際鐵路的地下車站較少，由于車站規模也不同，供配電實施方案各不相同，特別是針對消防負荷的供電方式，設計方案多樣。但目前城際鐵路地下車站供配電設計并沒有特別適合的規范可以采用。因此，在現有規范的基礎上參考《地鐵設計規范》（GB50157-2013），根據通信、信號、信息、電扶梯、屏蔽門、環控通風、給水消防等設備，設計研究制定了合理、經濟的供配電方案。

（1）地下站電力供應以外部電力系統供電為主，在地下站設置了1座10kV配電所、變電所3座；應急電源系統采用柴油發電機組和EPS相結合的方式。

（2）采用柴油發電機組和EPS結合的供電方式，既可以達到市電失電后的相應時間，又能滿足特殊情況時長時間供電的要求 。

（3）由于城際鐵路地下車站規模高于普通地鐵，設備較多、容量較大，環控通風設備主要采用環控電控柜配電，大容量的冷源設備采用變電所直接配電至設備控制柜。

參考文獻

[1]GB 50052-2009，供配電系統設計規范[S].

[2]GB 50053-1994，10kV及以下變電所設計規范[S].

[3]工業與民用配電設計手冊（第三版）[M].北京：中國電力出版社，2005.

[4]TB 10008-2006/J660-2007，鐵路電力設計規范[S].

[5]JGJ 16-2008，民用建筑電氣設計規范[S].

[6]GB 50157-2003，地鐵設計規范[S].endprint

3.4.2 發電機組運行方式

常規運行方式下， 發電機啟動后和站房1號、2號和3號變電所低壓側并網， 負荷范圍為地下站站房。當10kV外電源停電、缺相、電壓或頻率超出范圍，或同一變電所兩臺變壓器同時故障時，從變電所的自動互投開關ATS處取柴油發電機的延時啟動信號至柴油發電機房，信號延時5s自動啟動柴油發電機組，柴油發電機組10s內達到而定轉速、電壓、頻率后，投入額定負載運行。當外電恢復50s后，由ATS自動恢復外電供電，柴油發電機組經冷卻延時后，自動停機。柴油發電機配電示意圖如圖2。

4 地下站動力設備供電

城際鐵路地下車站與高鐵和城際地上（地面）車站相比，比較大的區別在于地下車站有大量的環控通風、排風排煙、冷水機組及冷凍水泵等設備，這些設備主要特點是大容量負荷相對集中、小容量負荷較為分散，因而地下站具有其獨特的供配電方式。

4.1環控設備配電系統

車站環控設備由環控電控室集中供電和控制，每個環控電控室設有環控一級母線和環控二級母線，分別給環控一級和環控二級負荷供電，冷源系統由變電所三級母線供電至其配電柜。環控一級采用雙電源切換系統進線。左端、中部和右端環控電控室各設有一面控制柜用來設置PLC及觸摸屏。

由環控電控柜引出環控風機、排煙風機等設備控制箱。

冷水泵由于容量較大且屬于三級負荷，由變電所三級母線供電至其配電柜。

對于有變頻要求的設備采用變頻控制。

4.2給排水系統

各類水泵按照負荷等級的配電要求從變電所饋線至設備所在處的電源箱控制箱。

4.3車站主要設備配電系統

通信系統、信號系統、自動售檢票系統、FAS系統、BAS系統、變電所自用電等重要負荷雙回路直接取自變電所不同的0.4kV母線，并自成系統供電。

5 防雷接地

按照相關規范和其它系統的接地要求，地下站采用了綜合接地系統， 接地電阻不大于0.5Ω。

5.1 防雷接地

利用GTC金屬屋面做接閃器， 建筑結構鋼筋網作為引下線，利用地下站結構設置的抗拔樁作為站房接地極（不設置人工接地極）。

5.2 系統接地

10kV系統采用了小電阻接地形式，站房內0.4kV低壓系統采用TN-S接地形式。所有帶電設備的金屬外殼、地下金屬管線均與接地網相連通， 燈具也要求接PE線保護。

變配電所及環控電控室、低壓配電室應在房間內敷設接地扁鋼，并采用黃綠涂裝，底邊距地20cm，經過門處應采用扁鋼暗敷在裝修層內，并用雙回電纜連接至局部等電位箱LEB。

通信、信號、信息等系統設備接地，按相關規范、規程要求分別接入綜合接地系統。

6 結論

目前建成使用城際鐵路的地下車站較少，由于車站規模也不同，供配電實施方案各不相同，特別是針對消防負荷的供電方式，設計方案多樣。但目前城際鐵路地下車站供配電設計并沒有特別適合的規范可以采用。因此，在現有規范的基礎上參考《地鐵設計規范》（GB50157-2013），根據通信、信號、信息、電扶梯、屏蔽門、環控通風、給水消防等設備，設計研究制定了合理、經濟的供配電方案。

（1）地下站電力供應以外部電力系統供電為主，在地下站設置了1座10kV配電所、變電所3座；應急電源系統采用柴油發電機組和EPS相結合的方式。

（2）采用柴油發電機組和EPS結合的供電方式，既可以達到市電失電后的相應時間，又能滿足特殊情況時長時間供電的要求 。

（3）由于城際鐵路地下車站規模高于普通地鐵，設備較多、容量較大，環控通風設備主要采用環控電控柜配電，大容量的冷源設備采用變電所直接配電至設備控制柜。

參考文獻

[1]GB 50052-2009，供配電系統設計規范[S].

[2]GB 50053-1994，10kV及以下變電所設計規范[S].

[3]工業與民用配電設計手冊（第三版）[M].北京：中國電力出版社，2005.

[4]TB 10008-2006/J660-2007，鐵路電力設計規范[S].

[5]JGJ 16-2008，民用建筑電氣設計規范[S].

[6]GB 50157-2003，地鐵設計規范[S].endprint

3.4.2 發電機組運行方式

常規運行方式下， 發電機啟動后和站房1號、2號和3號變電所低壓側并網， 負荷范圍為地下站站房。當10kV外電源停電、缺相、電壓或頻率超出范圍，或同一變電所兩臺變壓器同時故障時，從變電所的自動互投開關ATS處取柴油發電機的延時啟動信號至柴油發電機房，信號延時5s自動啟動柴油發電機組，柴油發電機組10s內達到而定轉速、電壓、頻率后，投入額定負載運行。當外電恢復50s后，由ATS自動恢復外電供電，柴油發電機組經冷卻延時后，自動停機。柴油發電機配電示意圖如圖2。

4 地下站動力設備供電

城際鐵路地下車站與高鐵和城際地上（地面）車站相比，比較大的區別在于地下車站有大量的環控通風、排風排煙、冷水機組及冷凍水泵等設備，這些設備主要特點是大容量負荷相對集中、小容量負荷較為分散，因而地下站具有其獨特的供配電方式。

4.1環控設備配電系統

車站環控設備由環控電控室集中供電和控制，每個環控電控室設有環控一級母線和環控二級母線，分別給環控一級和環控二級負荷供電，冷源系統由變電所三級母線供電至其配電柜。環控一級采用雙電源切換系統進線。左端、中部和右端環控電控室各設有一面控制柜用來設置PLC及觸摸屏。

由環控電控柜引出環控風機、排煙風機等設備控制箱。

冷水泵由于容量較大且屬于三級負荷，由變電所三級母線供電至其配電柜。

對于有變頻要求的設備采用變頻控制。

4.2給排水系統

各類水泵按照負荷等級的配電要求從變電所饋線至設備所在處的電源箱控制箱。

4.3車站主要設備配電系統

通信系統、信號系統、自動售檢票系統、FAS系統、BAS系統、變電所自用電等重要負荷雙回路直接取自變電所不同的0.4kV母線，并自成系統供電。

5 防雷接地

按照相關規范和其它系統的接地要求，地下站采用了綜合接地系統， 接地電阻不大于0.5Ω。

5.1 防雷接地

利用GTC金屬屋面做接閃器， 建筑結構鋼筋網作為引下線，利用地下站結構設置的抗拔樁作為站房接地極（不設置人工接地極）。

5.2 系統接地

10kV系統采用了小電阻接地形式，站房內0.4kV低壓系統采用TN-S接地形式。所有帶電設備的金屬外殼、地下金屬管線均與接地網相連通， 燈具也要求接PE線保護。

變配電所及環控電控室、低壓配電室應在房間內敷設接地扁鋼，并采用黃綠涂裝，底邊距地20cm，經過門處應采用扁鋼暗敷在裝修層內，并用雙回電纜連接至局部等電位箱LEB。

通信、信號、信息等系統設備接地，按相關規范、規程要求分別接入綜合接地系統。

6 結論

目前建成使用城際鐵路的地下車站較少，由于車站規模也不同，供配電實施方案各不相同，特別是針對消防負荷的供電方式，設計方案多樣。但目前城際鐵路地下車站供配電設計并沒有特別適合的規范可以采用。因此，在現有規范的基礎上參考《地鐵設計規范》（GB50157-2013），根據通信、信號、信息、電扶梯、屏蔽門、環控通風、給水消防等設備，設計研究制定了合理、經濟的供配電方案。

（1）地下站電力供應以外部電力系統供電為主，在地下站設置了1座10kV配電所、變電所3座；應急電源系統采用柴油發電機組和EPS相結合的方式。

（2）采用柴油發電機組和EPS結合的供電方式，既可以達到市電失電后的相應時間，又能滿足特殊情況時長時間供電的要求 。

（3）由于城際鐵路地下車站規模高于普通地鐵，設備較多、容量較大，環控通風設備主要采用環控電控柜配電，大容量的冷源設備采用變電所直接配電至設備控制柜。

參考文獻

[1]GB 50052-2009，供配電系統設計規范[S].

[2]GB 50053-1994，10kV及以下變電所設計規范[S].

[3]工業與民用配電設計手冊（第三版）[M].北京：中國電力出版社，2005.

[4]TB 10008-2006/J660-2007，鐵路電力設計規范[S].

[5]JGJ 16-2008，民用建筑電氣設計規范[S].

[6]GB 50157-2003，地鐵設計規范[S].endprint