地鐵低壓配電系統設計優化措施研究

陳小立

（廣州地鐵設計研究院有限公司，廣東廣州510010）

0 引言

地鐵是城市重要的有軌交通，而地鐵低壓配電系統為地鐵所有低壓負荷提供電能。保證地鐵低壓配網系統動力、照明、主排水泵、雨水泵、射流風機等設備配電的可靠、經濟運行，是保證交通系統通暢的重要條件。但是由于地鐵內部服務性的設備較多，運行工況相對比較復雜，因此在設計地鐵低壓配電系統時，應注意設備的運行工況及其與其他設備之間的配合，這是進行地鐵配電系統設計的重要條件。

1 地鐵動力配電系統的設計

1.1 地鐵動力設備的復雜性

地鐵動力設備包括電機、風機、水泵等，它并不是簡單的幾臺風機、水泵、電梯，而是由多種系統如空調通風系統、給排水系統、消防系統、運輸系統共同組成的。對地鐵動力配電系統的控制，不是簡單地進行啟動或者停止，而是集遠方/就地控制、BAS系統自動控制等于一身的復雜的控制。除此之外，還有對風機、水泵及空調的自動調節控制。

1.2 地鐵動力配電系統的設計要點

地鐵動力配電系統的設計，是從降壓變電所到各個動力用電設備。地鐵動力配電供電方式的設計，遵循以放射式供電為主、樹干式供電為輔的原則。對于大容量或重要的電力設備，最適合使用放射式供電方式；對于檢修電源等二、三級負荷，最適合使用樹干式供電方式。遵循這一原則，才能在配電系統發生故障時，將故障限制在最小范圍內，以保證供電系統的可靠性。

水泵、電梯、通信等雙路電源，要直接通過低壓母線進行放射式配電，并通過TN-S進行有效保護。地鐵站還有區間維修的使用電，要運用鏈式供電方式，并且每間隔100 m就要加裝插座箱。對地鐵里數量眾多的通風空調，在車站的通風空調機房附近設置環控電控室，使用放射式供電方式，實現遠方集中控制。

2 地鐵照明配電設計

照明部分要按照不同的功能來明確具體的燈光色溫和顯色情況，用于形成冷色調、中間色調以及暖色調等不同的色調。燈具類型的具體選擇方面，要既能夠與地鐵的裝修風格協調，還具有節能的效果。不同類型的照明具有不同的供電要求及控制方式。

2.1 照明分類和設置

照明的類型有一般照明、應急照明、運行證明、廣告照明等。地鐵站臺層這樣的公共區域以及出入口通道處，應設計一般照明、應急照明和廣告照明。對于消防泵房、照明配電室這樣的關鍵區域，需配置事故照明。地鐵站廳層、站臺層的北、南兩端設置照明配電室，對車站公共區、出入口通道的照明進行控制。區間照明則在區間隧道口設置照明總配電箱對其進行控制。

對于每間照明配電室，可以設計2臺一般照明總箱，1臺應急照明箱，1臺廣告照明箱，工作照明總配電箱的電源由降壓變電所兩段不同母線獲得，廣告照明總配電箱的電源由降壓變電所Ⅲ段母線獲得。事故照明總配電箱從蓄電池室獲得電源。車站公共區照明通過雙電源分組供電，實現交叉供電，這樣能夠保障任一段電源母線出現問題時，此層的照明仍然能夠滿足需要，避免出現所有場所全部失去照明的情況。車站設備及管理用房的照明相對于公共區照明為獨立的系統，以免電源發生故障時互相造成影響。為應對兩路電源同時發生故障的情況，特設置應急照明，其電源由地鐵車站內蓄電池室的直流屏進行供電。

2.2 照明質量和燈具選用

照明光源的技術指標包括光源的光效、壽命、顯色性等，地鐵照明的特點為：被照面積大、照明時間長、照度標準高、耗電量大、節能需求強，所以地鐵的照明光源應具備光效高、壽命長等特點。除此之外，為了有利于視覺識別以及提高舒適感，對地鐵光源的顯色性也有要求。根據以上要求，從經濟性、技術性上來評估，在地鐵的站廳層、站臺層這樣的區域所選擇的照明光源為熒光燈，如H型節能熒光燈，這種燈功率很小，但光通量卻很大，其壽命大大超過白熾燈。

地鐵車站照明屬于以功能為主的明視照明，在站內采用均勻布置的方式。為了美觀，燈具的布置與建筑形式應相互協調。對于無吊頂的場合，燈具采用吸頂式安裝；對于有吊頂的場合，燈具采用嵌入式、半嵌入式安裝，從而使空間顯得更加整齊和美觀。

3 電動機負荷的配電設計

地鐵站內的電動機負荷包括主排水泵、雨水泵和射流風機等，它們具有以下特點：首先是負荷容量很小；其次，要按照實際情況來明確是單臺運行還是多臺同時運行；第三，全部屬于電動機負載，電動機的開始電流往往高達額定電流的7倍左右，啟動尖峰電流則為啟動電流的2倍左右，所以電動機負荷配電的上級斷路器脫扣器整定值大小是額定電流的14倍。出現單相接地短路的情況下，開關過流保護很難有效實現，需要于斷路設備上加裝附件，令上級斷路器可靠跳閘，但加裝附件會增加成本，減弱配電系統的可靠性，所以往往并不優先考慮。

電動機負載大多時間不會同時啟動，所以尖峰電流并不等于負荷額定電流之和的14倍。如果有N臺電機先后啟動，則其啟動尖峰電流的計算公式為：

式中，Imax為一組電動機啟動時的尖峰電流；P為一臺電動機的功率；cos φ為功率因數。

所以，對于N臺電動機供電的上級斷路器，其保護整定值Id只需要大于1.2Imax。因此，對于N臺電動機負荷，其上級斷路器的保護整定值Id與該負荷正常運行電流值的比值n為：

可見，對于一組N臺電動機運行的負載，設備數量越多，斷路器瞬時的脫扣整定值大小就和額定電流大小越接近。電動機不同時啟動，有利于校驗過流保護來兼作接地保護的靈敏性。在這種工況下，保護靈敏性校驗不滿足，才考慮增加斷路器附件，從而減少了在斷路器上設置附件的數量，對降低投資、提高配電系統可靠性均有好處。

地鐵區間的主排水泵、雨水泵是否運行，以及啟動單臺還是多臺水泵，是根據實際水位情況來確定的。而地鐵內的水位改變不會十分迅速，因此水泵電動機一定不會同時啟動。而射流風機由環境與設備監控系統（BAS）控制，極有可能啟動多臺風機，一定要依據全部電動機一起啟動運算電動機啟動尖峰電流的大小，來選擇是否增加斷路器附件。

4 結語

本文對地鐵動力配電、照明配電以及區間主排水泵、雨水泵、射流風機的配電設計進行了研究。動力配電系統分析了地鐵動力負荷供電要求，論述了地鐵動力配電系統設計原則；照明配電分析了地鐵照明的特點，給出了地鐵照明配電及其控制方式、照明質量、燈具選用等設計方法；區間主排水泵、雨水泵、射流風機配電分析了設計的注意事宜。作為低壓配電專業的設計者來講，盡可能了解設計的相關細節，才能使設計的項目合理可靠。