地鐵動力與照明系統設計

方曉晨（江蘇省交通規劃設計院，工程師，江蘇　南京　210042）

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地鐵動力與照明系統設計

方曉晨
（江蘇省交通規劃設計院，工程師，江蘇南京210042）

摘要：動力與照明系統作為地鐵機電系統的重要組成部分，聯系著供電系統與車站及相應區間范圍大部分機電設備，實現其配電，保護和控制。本文通過對國內地鐵運行現狀和相關線路動力照明系統的設計總結，從該系統的基本原則，系統構成，設計要點等方面對該系統進行了介紹。

關鍵詞：地鐵；動力；照明；設計

10.13572/j.cnki.tdyy.2016.02.021

地鐵作為具有運量大、速度快、安全、準點、保護環境、節約能源和用地等特點的交通方式得到了迅速發展，動力與照明系統是機電系統中的重要組成部分，本文根據已實施國內地鐵線路現狀，從設計原則，系統設計重點等方面展開討論，希望能夠拋磚引玉，對地鐵設計有所裨益。

1　設計范圍和原則

車站設置降壓變電所或牽引降壓變電所，動力照明專業以其400 V開關柜出線端為起點，為含車站和相鄰半區間范圍內動力照明設備配電。設計范圍主要包括：車站動力、照明設備配電及控制設計；車站動力、照明設備的選型和安裝設計；車站低壓電纜、管線的選型及敷設設計；車站機電系統接地及車站防雷設計；人防配套的動力及照明配電設計；與相關專業的接口配合設計。

動力照明系統的設計容量按遠期最大負荷設計，并考慮一定的裕量。確保安全可靠、技術先進、經濟合理、接線簡單并具有一定的靈活性，維護管理方便。

根據《地鐵設計規范》GB 50157（2013），地鐵機電設備及照明用電負荷按其不同的用途和重要性分為三級〔1〕。

一級負荷包括綜合監控系統設備、通信系統設備、信號系統設備、火災自動報警系統設備、環境與設備監控系統設備、自動售檢票系統設備、電力監控系統設備、門禁系統設備、安防設施、站臺門系統設備、自動滅火系統設備、變電所操作電源、應急照明、地下站廳站臺等公共區照明、地下區間照明、主廢水泵、雨水泵、消防泵、防淹門、人防設備、防火卷簾門、消防疏散用自動扶梯、消防電梯、防排煙及各類防火排煙閥等。其中專用通信系統、信號系統、火災自動報警系統、自動滅火系統設備及變電所操作電源、應急照明等為一級負荷中特別重要的負荷。一級負荷配電從降壓變電所兩段母線上分別饋出一路專用供電線路向負荷末端電源切換箱供電，兩路電源在切換柜/箱內自動切換，以實現不間斷供電，如消防系統，廢水泵電源，消防疏散用自動扶梯等。綜合監控系統（BAS、電力監控、OA、門禁）、通信系統、自動售檢票系統設備通過整合UPS裝置實現不間斷供電；信號系統、站臺門系統單獨設置UPS實現不間斷供電。所用電由交直流屏供電，應急照明由應急電源裝置供電。

二級負荷包括非事故風機及風閥、污水泵、非消防疏散自動扶梯、出入口電梯、設備管理房照明、維修電源等。二級負荷配電從0.4 kV降壓變電所一、二級負荷母線引一路電源至末端設備配電箱或設備。當一臺變壓器退出運行時，0.4 kV降壓變電所的母聯開關自動閉合，退出運行變壓器所帶的二級負荷由另一臺變壓器負責供電。

其它不屬于一、二級負荷的如廣告照明、電開水器、保潔電源、空調冷水系統、備用空調等為三級負荷。從0.4 kV降壓變電所的三級負荷母線引一回電源至末端設備配電箱或設備；當供電系統為非正常運行方式時，三級負荷自動切除。

2　系統設計要點

2.1動力系統設計

2.1.1動力配電原則

1）采用放射式和樹干式相結合，重要設備以放射式為主的方式為車站以及設計范圍內區間的動力設備供電。

2）系統采用三相四線制配電，并采用TN-S接地保護系統。

3）變壓器二次側至用電設備之間的低壓配電級數不宜超過三級；對非重要負荷供電時，可超過三級。

4）地下車站在車站兩端設備區設備集中處分別設置環控電控室對通風空調設備實現配電、保護和控制。環控設備一般采用二級配電方式：將環控設備一、二級負荷分成若干組，每組容量控制在200 kW左右，為一段母線。采用單母線不分段的接線方式，兩路電源一主一備自動切換。從環控電控室母線引單回路至用電設備的方式運行。三級負荷為單母線不分段。個別遠離環控電控室的一、二級環控設備可由降壓變電所直接供電。

2.1.2控制方式

1）動力設備控制方式應根據設備各系統控制要求相應實現就地控制、FAS系統集中控制、綜合監控系統統一監控等要求的設計。

2）一般動力設備采用直接啟動方式，大型動力設備（以各項目技術規定為準）采用軟啟動方式。

3）車站通風設備根據其工藝要求采用變頻控制，當在火災工況時需要切換到工頻運行方式。

4）環控設備設就地控制和集中控制，集中控制由環控電控室或通過綜合監控系統實現，就地控制具有優先級。其中環控電控室的控制一般采用智能低壓控制系統（見圖1）是通過多功能儀表、PLC、通信管理器、智能I/O、總線等元器件把本站的各用電單元組成網絡，（元器件動畫出現）上傳給綜合監控系統，實現遠程控制、參數設置、故障診斷，存儲打印報表等功能。

智能模塊主要包括電機保護智能模塊及其擴展I/O、小PLC、軟啟動器等。

圖1　智能低壓控制系統

2.2照明系統設計

2.1.1照明設計原則車站照明由站臺、站廳一般照明、設備房管理房照明、導向照明、應急照明（包括備用照明和疏散照明）、出入口照明、安全電壓照明、廣告照明和區間照明組成，區間照明由區間一般照明、區間應急照明及區間疏散指示照明組成。在車站站廳層、站臺層、（設備層）兩端各設置一個照明配電室，照明配電箱集中設置于此處。為確保車站各項功能正常發揮。

結合地鐵工程特殊性，公共區照明配電以車站中心線為界，中心線兩側的公共區照明分別于照明配電室內設置兩面照明總配電箱，兩面照明總配電箱的兩路電源分別引自變電所的兩段低壓母線，每面總箱內分別設置工作照明和節電照明回路，公共區照明燈具交叉配線，各負責50%公共區正常照明負荷，既滿足地下車站公共區照明一級負荷雙電源的供電要求，又經濟合理，節約成本。

2.2.2應急照明系統地鐵作為城市主要交通干線之一，供電可靠性要求很高，為保障運輸的安全暢通，在地下車站和地下區間各場合均應設置應急照明。應急照明有分散供電和集中照明2種方式。其中分散式供電其采用應急燈，電源直接由動力照明變壓器供給的方式運行，該方式存在運行維護困難的缺點，目前地鐵工程均采用集中式供電，在車站設置應急照明系統。在車站相應照明配電室內（以具體項目技術要求為準）各設一套EPS，兩路電源分別引自降壓變電所低壓柜一、二級負荷兩段，負責車站應急照明、區間應急照明、疏散指示照明、應急類導向照明等。其中出入口應急照明電源引自站廳層，區間應急照明（含區間疏散指示照明）引自站臺層。公共區、區間應急照明設計為常明燈，就地不設控制；設備用房應急照明設就地控制，火災情況下由FAS系統強啟。根據2013年版地鐵設計規范最新要求，隧道區間疏散指示標志燈應每隔10 m布置，考慮到火災工況運行模式，與FAS系統配合實現區間智能疏散控制要求。

2.2.3智能照明控制系統隨著地鐵技術的不斷成熟和智能化控制的發展，越來越多的車站開始采用智能分布式控制總線系統實現智能照明，以更便捷的技術節約能源。車站公共區正常照明采用智能照明控制方式，該系統自成體系，并作為子系統集成到地鐵管理系統中。各功能模塊分別安裝在對應系統箱內，通過控制電纜連接，各分支線通過線路連接器連接成一個系統。該系統帶有定時器且時間可方便調整，以對照明進行定時控制。應急照明、應急導向、設備區照明配電箱不在智能照明控制系統控制范圍內。

兩種控制方式均可有效節約運營電能，而智能照明控制系統更加靈活和多樣化。

2.3大功率遠距離線纜保護因地鐵工程特殊性，需要為區間廢水泵，區間隧道排煙風機等設備供電，其兼具用電負荷等級高，設備容量大，供電距離長的特點，設計中需從電壓損耗，經濟電纜截面等方面，提供安全可靠經濟合理的電纜選型。

正常運行情況下，用電設備端子處電壓偏差允許值（以額定電壓的百分數表示）宜符合表1要求。

表1　用電設備端子處電壓偏差允許值

風機啟動要滿足規范要求（摘自《通用用電設備配電設計規范》（GB 50055-2011）：

1）電動機起動時，其端子電壓應能保證機械要求的起動轉矩，且在配電系統中引起的電壓波動不應妨礙其他用電設備的工作。

2）交流電動機起動時，配電母線上的電壓應符合下列規定：

配電母線上接有照明或其他對電壓波動較敏感的負荷，電動機頻繁起動時，不宜低于額定電壓的90%；電動機不頻繁起動時，不宜低于額定電壓的85%。（“頻繁”是指每小時起動數十次以致數百次。〔2〕）線纜保護選型示例如圖2所示。

圖2　線纜保護選型示例

圖2中區間隧道風機TVF-112-A1設置于通風機房內，容量90 kW。電源引自環控電控室一二級負荷母排NLH 11，供電距離160 m?？紤]電纜自然彎曲度，進出線等條件：電纜長160х1.2=192 m，Pe= 90 kW，Ij=170.9 A。選用低煙無鹵型電纜WDZBNYJY 23 2（3х150+2х70）。該段進線柜Pj=185.5 kW，Ij=351 A。考慮最大功率風機TVF-112-A 1啟動，其他用電負荷正常運行，啟動電流取3.5倍，為598.15 A。NLH 11啟動電流為748.25 A。

運行壓降：0.074х0.192х351=4.3%

啟動壓降（估）：0.074х0.192х778.25=9.46%

運行、啟動壓降均滿足規范要求。

3　結束語

地鐵工程建設中，地鐵的鋪設和設計是整個工程骨架的搭建，動力照明系統作為各機電設備實現運行和控制的“血管”，對工程運營的可靠暢通高效節能起著舉足輕重的作用，我們還需要認真分析和總結，不斷改進，協調保證車站機電設備的有序工作，降低運行能耗，減少運營成本。

參考文獻：

〔1〕GB 50157-2013《地鐵設計規范》〔S〕.北京；中國計劃出版社，2013.

〔2〕GB 50055-2011《通用用電設備配電設計規范》〔S〕.北京；中國計劃出版社，2012.

中圖分類號：U231.8

文獻標識碼：A

文章編號：1006-8686（2016）-02-0058-03