地鐵環控系統的供配電設計與分析

劉　向

(華東建筑設計研究院有限公司，上海 200002)

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地鐵環控系統的供配電設計與分析

劉向

(華東建筑設計研究院有限公司，上海 200002)

0　概述

地鐵車站通風空調及防排煙系統簡稱環控系統,主要由環控大系統、環控小系統及隧道通風系統組成。由于地鐵車站站體較長，公共區域位于站體的中間區域，設備及管理用房位于兩端，故環控系統一般在左右兩端獨立設置。環控大系統用于站廳和站臺公共區通風、空調及防排煙；環控小系統用于設備區通風、空調及防排煙；隧道通風系統用于隧道和站臺的通風、降溫及防排煙。

1　地鐵環控系統的運行特點

環控系統須滿足兩個方面的要求：一是日常運營時給乘客和設備提供舒適的環境；二是事故及災害情況下能進行通風、排煙、排毒等操作，起到生命保障及輔助滅火的作用，但需注意，環控系統不是滅火系統。地鐵環控系統用電量大，約占整個地鐵用電量的40%，因此，對環控系統進行節能設計意義重大。地鐵車站應根據環控設備布置情況，在車站兩端分別設置環控電控室，為該區域的環控大系統、環控小系統及隧道風機配電，并在相應風機及特定風閥旁設就地檢修箱。

正常運行時，車站環控大系統分為全新風空調運行、正?？照{運行、通風運行三種工況控制模式，整個控制過程由設備監控系統根據環控工藝自動控制。該系統根據布置在車站風亭、風室、公共區等處的溫度、濕度傳感器所檢測的數據進行自動分析、處理并確定車站大系統的運行模式，同時根據負荷大小，自動調節空調機組回水管調節閥的開度，控制風閥開度和風機的啟/停。

車站小系統空調通風環控系統主要為車站內的設備及管理用房提供空調和通風服務，是一套獨立系統，運行方式較為簡單。在正常工作時，送/排風機的送/排風量是固定的，不隨季節的變化而變化；當出現火情時，系統按照預設的火災程序運行。區間隧道通風環控系統主要用于隧道的通風換氣，但在隧道發生火災時也兼有防災功能。

2　地鐵環控系統的供電設計與分析

2.1配電

地鐵車站兩端環控負荷中心附近分別設置環控電控室，環控設備由環控電控室集中配電。其中一端環控電控室應靠近冷凍機房，在此電控室內設置專用環控柜，專供冷水機組配套水泵和冷卻塔等三級負荷用電。冷水機組等特大負荷由降壓變電所單獨供電。環控大系統、環控小系統及隧道通風系統的風機用電均屬于一、二級負荷。

地鐵環控配電的一、二級負荷從降壓變電所引入兩路獨立的電源進線，降壓變電所至環控電控室進線柜的兩路電纜均采用礦物絕緣電纜、雙電源切換的主接線方式，環控電控柜均采用直接放射方式為現場環控設備配電，并對其進行直接控制。環控電控柜低壓配電部分通過電動機保護器、軟啟動器、變頻器對電動機進行綜合保護，并實現節能。圖1為環控系統配置圖(一、二級負荷)。

地鐵環控配電的三級負荷從降壓變電所引入一路電源進線，降壓變電所至環控電控室進線柜的電纜采用銅芯、低煙、無鹵B級阻燃型電纜。環控電控柜設三級負荷母線段，采用單母線不分段的接線方式，為冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔等三級負荷分組配電。環控電控柜均采用直接放射方式為水泵等設備配電并對其進行控制，圖2為環控系統配置圖(三級負荷)。

車站環控設備的一般空調動力設備采用直接啟動方式，當單機容量較大，啟動所產生的電壓波動影響其他負荷時，采用軟啟動方式(一般單機容量≥75kW時采用軟啟動)。若環控工藝要求對部分環控設備采用變頻控制以達到節能的目的，而基于變頻控制的大型負載則不再采用軟啟動方式。環控電控柜出線電纜中，與消防有關的設備電力電纜明敷時采用礦物絕緣電纜，但在火災時仍需供電的電纜應采用耐火型電線電纜。

環控電控室低壓柜應設以下保護：

1)0.4kV進線開關：短路瞬動和短延時保護、過負荷保護、接地保護、備用電源自投自復裝置。

2)0.4kV出線開關(電機回路)：短路瞬動保護、過負荷保護、斷相保護。

3)0.4kV出線開關：短路瞬動保護、過負荷保護、接地保護。

環控電控室低壓柜主要設0.4kV進線側電流、電壓測量和0.4kV饋線側電流測量。

2.2控制

地鐵車站環控系統采用三級控制：就地控制、車站控制室控制及中央控制。僅屬車站范圍內使用的空調通風設備只采用前二級控制，屬于隧道使用的通風設備采用三級控制。車站控制室接收中央控制室的指令，具有控制、顯示本車站所有空調通風系統設備的運行狀態及溫、濕度檢測數值的功能；接收空調通風系統設備的故障報警信號和火災報警信號的功能；控制相應空調通風兼排煙設備及相關風閥，并轉入火災運行模式的功能。就地控制用于環控設備初調、檢修時的就地操作，具有優先權。

地鐵環控設備控制系統的設置：

1)車站兩端環控電控室分別設置繼電器屏，并在繼電器屏內各設一套PLC-A。PLC-A負責將變頻設備、軟啟動設備、電動機保護設備、智能儀表、組合風門等通訊口進行整合匯總，再將采集到的環控系統數據實時上傳至設備監控系統(EMCS)，同時根據EMCS 主機下達的運行模式指令進行實施控制，以保證環控系統的有效控制及數據傳輸的實時性。環控設備與EMCS系統的通信及控制功能均由PLC-A完成。

2)在車站兩端環控電控室繼電器屏內另設一套PLC-B，主要用于控制車站組合風門、風閥的開啟、閉合，并以雙總線的通訊方式與PLC-A聯系。PLC-B的數量按車站風門和風閥實際數量選取。

根據各類風機的控制原理圖及端子接線圖，設計出環控負荷電纜聯絡圖(即為各臺風機控制線路的走向及聯絡)，若有些風機設有電動閥控制風門，則應從繼電器屏為其電動閥配電，并引出控制電纜至就地按鈕箱對電動閥進行就地控制。圖3為環控系統電纜聯絡圖(一、二級負荷)。

圖3　環控系統電纜聯絡圖(一、二級負荷)

每臺冷水機組設置一臺啟動柜，將每臺冷水機組配套的水泵設備接入啟動柜，啟動柜與繼電器屏聯絡，能夠通過繼電器屏觀察冷水機組的運行狀態并控制啟、停。兩端環控電控室各設置一臺BA系統控制柜，與每個繼電器屏的通信口連接，實現對環控設備信息的采集和控制。環控電控室控制的風機包括專用排煙風機和兼用排煙風機，并且，基于車站BAS系統與FAS系統聯網實現了信息共享，使工作人員可以更好地應對消防等突發狀況。冷水機組設備控制聯絡圖(三級負荷)見圖4。

圖4　環控系統電纜聯絡圖(三級負荷)

3　結束語

地鐵環控系統具有一定的針對性，能夠更方便、準確地控制空調與通風系統，并實現與其他系統之間良好的通信和協調。此類項目的電氣設計與普通民用建筑的設計存在一定差別，希望通過進一步的分析和研究，能夠實現彼此相互借鑒、優勢互補，更好地達到建筑物舒適和節能的目的。

[1]GB 50052-2009 供配電系統設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2010.

[2]GB 50054-2011 低壓配電設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[3]GB 50127-2007 電力工程電纜設計規范[S].北京：中國標準出版社，2008.

[4]GB 50157-2013 地鐵設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2014.

[5]龔偉.軌道交通車站環控系統控制技術應用研究[D].上海: 上海交通大學,2010.

[6]羅宏.地鐵環控系統的特點及其解決方案[J].測控技術與設備,2000,8: 25-29.

Design and Analysis of Power Supply and Distribution for Environmental Control System

Liu Xiang

地鐵車站屬于地下空間，地鐵乘客需要一個安全、舒適的乘車環境，因此可靠、合理的地鐵環控系統顯得尤為重要。在保證環控系統實現正常功能的前提下，通過合理設計環控配電系統及控制系統，達到車站環控系統節能、舒適的目標。

環控系統供配電系統控制系統

Metro station belong to the underground space,metro riders need the safe and comfortable environment.Therefore,it is very important that the environmental control system is reliable and reasonalbe.In the premise of insuring the environmental control system to achieve the normal function,through the rational design of electric power supply system and control system,station environmental control system,realizing energy efficiency and comfort goals.

environmental control system，supply and distribution system，control system