地鐵低壓供配電方案設計淺議

李曉明

摘 要 文章主要對地鐵車站低壓配電系統設計進行研究，從變電所設置出發，簡單闡述幾種低壓配電方案，著重對區間設備配電方案提出比較分析，并介紹車站冷水系統的配電及控制方案。

關鍵詞 供配電；低壓配電；變電所設置；區間設備供電

中圖分類號 TM7

文獻標識碼 A

文章編號 1674-6708（2016） 154-0075-02

1 地鐵供電系統設計

地鐵供電系統由主變電所、牽引供電系統、低壓配電系統、電力監控等系統組成。一般一條地鐵線設置兩到三處主變電所（llOkV/35kV），負責全線牽引、動力、照明的供電，為便于管理，依據車站位置（站間距lOOOm左右）大約2～3站設置一處牽引變電所，負責機車牽引供電，每個車站至少設置一處降壓變電所負責車站及區間設備的供電。

一條地鐵線內按用電類型主要分為兩類：一類是地鐵車站及區間動力照明用電，另一類是地鐵機車牽引用電。其中地鐵車站用于動力照明配電的降壓變電所的配電變壓器安裝容量大約2×1250kVA（以標準車站為例），采用交流～380/220V；而牽引供電系統采用DC1500V架空接觸網供電制式，接觸網最高、最低電壓水平應滿足GB/T10411-2005規定，即接觸網最高電壓不得高于1800V，最低電壓不得低于1000V。

2 變電所的設置

變電所設置原則：應設置于車站負荷中心，盡可能減小供電距離，從而可提高供電可靠性和經濟型。變電所的設置可分為一所式、兩所式、一所一室式。

一所式：通常適用于標準地鐵車站，車站長度在210m左右，在車站重負荷端設置一處降壓變電所。如筆者參與的廈門地鐵2號線工程的林邊站，車站總長213m，在站臺層小里程端設置一處降壓變電所。

兩所式：當車站規模較大，車站較長導致供電距離拉長時，可以在兩端分別設置兩處變電所，各自負責所在端及區間負荷的配電；或車站有大面積的物業開發時可以考慮增加一處跟隨式變電所，負責物業開發的配電，使車站與物業開發配電各成系統，方便后期運營與維護。

一所一室式：這種設置方式是上述兩種設置方式的折中處理方法。當車站規模略大于標準車站，車站長度大約250m，物業開發面積較小，在設置一所式會使供電半徑加大，兩所式浪費容量的前提下，推薦設置一所一室式，即在輕負荷端，設置低壓配電室集中配電，并與環控電控室合設，這樣可以減少各用電負荷的進線電纜的長度，具有更高的經濟效益和供電可靠性。

3 區間設備供電方案

地鐵區間動力負荷主要有射流風機、廢水泵等。其供電方式主要分為以下3種情況。

情況一：當射流風機等通風設備容量較小，且供電距離大于300m時，風機電源如果還是采用從車站環控電控室接引至現場時，已無法滿足一級負荷在現場實現雙電源切換的要求，并且由于供電距離加大，增大了電纜截面積，導致工程造價增加，再者長距離低壓配電直接降低了供電的可靠性，故此時可在現場設置雙電源切換箱實現。

情況二：普通地鐵區間廢水泵容量較小，供電距離在300米以內，電源可以從相鄰最近車站低壓柜引兩路獨立電源至現場，在現場設置雙電源切換箱進行切換后配電。

情況三：當區間設置有區間風井、或較大容量廢水泵房時，為保證電動機電壓損失小于5%以及減少經濟投入，在區間負荷集中（如風井、廢水泵房）處需考慮設置跟隨式變電所，其中風井處，低壓柜室可以兼做環控電控室使用。具體需通過負荷計算、壓降計算等確定。

具體案例如筆者參與的廈門市地鐵3號線五緣灣站 會展中心站區間總長4.9km，區間設有一處風井、一處斜井（總長460m）、三處廢水泵房。根據各專業的負荷提資，統計初步設計，各處負荷情況，具體參數與負荷見圖1。

通過對區間負荷初步計算，參照區間的長度以及負荷分布情況，最終確定以下兩種供電方案。

1） 方案一：風井、海底泵房處負荷較大，其中一級負荷容量較大，對供電可靠性要求較高，并且距離相鄰車站較遠（風井距離最近五緣灣站957m，海底泵房距離最近會展中心站2457m），低壓電纜已不可能滿足，故考慮就近設置兩處跟隨式變電所；1#、2#廢水泵房容量相對較小，分別從相鄰最近跟隨式變電所接引電源，采用低壓電纜供電至現場；斜井處在與隧道交界處有一處廢水泵房，在斜井出地面處有一處雨水泵房，其中廢水泵房（60kW）距離最近的風井變電所只有255m，可從風井變電所低壓柜室引兩路獨立電源在現場安裝雙切箱實現切換，雨水泵房（50kW）距離距離風井有820m，通過對其電纜選型和壓降計算，可以采用從風井變電所低壓柜室引兩路獨立電源在現場安裝雙切箱實現切換。

2） 方案二：在方案一設置風井、海底泵房兩處跟隨式變電所的基礎上，再在1#廢水泵房、2#廢水泵房處也增設跟隨式變電所，共四處跟隨式變電所，各變電所負責自己全部負荷及其相鄰變電所一半的區間照明、檢修等用電負荷。斜井處的廢水泵房、雨水泵房還是引自風井變電所。

3） 方案比較

（1） 方案一

優點：節約1#廢水泵房、2#廢水泵房兩處的土建施工面積，方便后期運營時對變電所維護與檢修。

缺點：①低壓輸電半徑過長，使用電纜截面積過大，造成較大的金屬浪費，且不宜滿足其壓降要求，使其故障率增加。

②施工難度加大，地鐵區間內管線普遍較多，數量較多的大截面電纜增加了敷設困難，且不容易滿足限界要求。

（2） 方案二

優點：

①供電半徑縮小，減小電能損耗，節約銅金屬電纜的使用。

②低壓設備可以更加穩定的運行，提高整個系統的供電穩定性。

缺點：

①土建需增設2個降壓變電所，增加了土建施工面積，同時增加如表3所示的設備材料表。

②后期的運營、維護較麻煩，需要技術人員前往跟隨所現場處理。

通過對方案一和方案二中主要設備材料造價的比較，方案二造價略高于方案一。但是方案二與方案一相比管理更方便，可靠性高，避免低壓電纜長距離供電造成的各種問題，在安全性及穩定性上也都優于前者，故最終采用方案二。

綜上所述，在風井、1#廢水泵房、海底泵房、2#廢水泵房處設置四處跟隨式變電所，負責各自變電所及與相鄰變電所各自一半區間的照明、檢修負荷。

4 車站冷水系統配電及控制

目前地鐵車站冷水系統中冷水機組因其容量較大，由降壓變電所三級負荷母線直接供電，冷水機組在機組旁柜上設置手動控制；而冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔等附屬配套設備的電源引自設置在冷水電控室的智能配電柜內，智能配電柜的電源引自降壓變電所三級負荷母線。

此外，在車站冷凍機房電控室設置了群控柜。采用群控技術對冷水系統進行集中控制。冷水機組，冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔在電控柜和設備旁可實現手動控制。冷水機組及其配套設備還可由群控柜進行控制，聯動冷水機組、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔及相應閥門的啟停，同時由BAS會反饋信號至車站綜控室顯示各設備的運行狀態及故障情況。