淺談地鐵高架車站低壓配電設計方法

寧譞

（中鐵西安勘察設計研究院有限責任公司，陜西 西安710054）

隨著國民經濟水平的提升，國內各省市對于建設軌道交通系統的需求也與日俱增。地鐵車站設計形式多樣，簡單可以分為地下車站、半地下車站、地上車站三種，因各地建設施工環境及自然條件的不同，以上三種形式的地鐵車站在國內都有著因地制宜的應用。高架車站作為地上車站的一種設計形式，因其工程造價更為經濟，有效利用城市空間達到立體交通發展的目的，在經濟適用的同時也可配合城市景觀，實現兼具美觀與實用的設計目標。

在地鐵運營過程中低壓配電系統需為低壓用電負荷提供可靠的電源供給，為確保地鐵的安全穩定運行發揮著重要作用。但在實際設計過程中，低壓配電專業不僅設計接口多，各專業提資要求各有千秋，同時由于運行工況較為復雜，例如僅照明系統就需具備工作照明模式、節能照明模式、火災模式等，因此在地鐵低壓配電系統設計中如何科學、合理滿足規范及各專業用電需求，從而保證低壓配電系統的安全可靠運行就顯得尤為重要。

低壓配電系統也稱動力與照明系統設計范圍包括車站及區間，其設計內容一般包括降壓變電所0.4kV柜系統、正常照明配電、應急照明配電（包含備用照明、疏散照明）、小動力配電（包含插座等）及包含給排水及水消防、通風空調等系統的動力配電、車站綜合接地系統等。在高架車站低壓配電系統設計中，由于高架車站有別于地下車站的建筑形式更需緊密結合實際，不可生搬硬套模板化的設計方法，以達到科學、合理、經濟、可靠的設計目標。

下文中將以貴陽市軌道交通1 號線工程、西安五號線二期工程各取兩座車站為實例對低壓配電系統設計方法進行簡要的論述。

1 低壓配電系統負荷分級原則

圖1 A 站車站布置示意圖

地鐵設計中低壓配電系統中用電負荷分級需根據用電設備重要性及參與工況進行劃分，依據《GB50052-2009 供配電系統設計規范》中第3.0.1 條、《GB50157-2013 地鐵設計規范》中第15.5.1 條中規定原則，高架車站用電負荷可劃分如下：

一級負荷一般包括：火災自動報警系統設備、消防水泵及消防水管電保溫設備、防排煙風機及各類防火排煙閥、防火(卷簾)門、消防疏散用自動扶梯、消防電梯、應急照明、主排水泵、雨水泵、火災或其他災害仍需使用的用電設備；通信系統設備、信號系統設備、綜合監控系統設備、電力監控系統設備、電氣火災監控系統、環境與設備監控系統設備、門禁系統設備、安防設施；自動售檢票設備、站臺門設備、變電所操作電源等。

其中火災自動報警系統設備、環境與設備監控系統設備、專用通信系統設備、信號系統設備、變電所操作電源為一級負荷中特別重要負荷。

二級負荷一般包括：乘客信息系統、變電所檢修電源、地上站廳站臺等公共區照明（含出入口）、附屬房間照明、普通風機、排污泵、電梯、非消防疏散用自動扶梯等。

三級負荷一般包括：區間檢修設備、附屬房間電源插座、廣告照明、清潔設備、電熱設備等。

此處結合實際設計中的經驗，對于《GB50157-2013 地鐵設計規范》中將車站空調制冷及水系統設備歸入三級負荷，因高架車站有別于地下車站一般不會設置空調水系統，故對于高架車站而言僅有空調多聯機系統作為制冷方式，在重要設備房間如通信、信號等系統設備房間對于其設備日常運行溫濕度有較高要求，特別是在炎熱潮濕地區可以考慮將主要作用于維持重要設備運行條件的空調多聯機系統作為二級負荷進行設計，以避免當出現因設備檢修等原因造成三級負荷切除后使重要設備運行于不利環境條件下的可能。

2 不同建筑方案下的低壓配電系統設計

高架車站的建筑設計形式因各地甲方要求、城市建設施工條件影響、近遠期規劃需要等多方因素影響，在實踐中產生了多種多樣的形式。不同形式的建筑方案對于低壓配電系統的設計有著重大的影響。

2.1 案例一的低壓配電系統設計

2.1.1 車站工程概況簡述

貴陽市軌道交通1 號線工程某站（以下簡稱A站）建筑方案為典型的路中方案(如圖1 所示),車站主體沿規劃道路呈東西方向布置。車站總長120m，標準段寬23m,車站總體建筑面積9098 平方米。

A站為地上三層島式高架車站，地上一層至三層依次為設備層、站廳層、站臺層。車站共劃分3 個防火分區：公共區、設備層設備及管理用房區、站廳層設備及管理用房區。

2.1.2 低壓配電系統設計

（1）A站低壓配電系統設計內容主要包括：車站及相鄰兩端各半個區間動力配電，車站設備區、公共區及區間照明配電，車站及所屬設計范圍內區間的機電接地系統設計。

（2）與主要系統專業設計接口

a.與供電系統的接口

設計分界點在車站變電所動力變壓器低壓0.4kV側接線端子，變壓器由供電系統設計。SCADA的接口分界在開關柜內現場監控單元的通訊接口處，由SCADA專業負責兩個專業間的通信連接。動力照明專業分各自提供2 路獨立的低壓電源給交流屏和直流屏，不設配電箱，電纜按下進線方式直接引至交流屏內的進線開關。

強電設備接地母排由供電系統設計；弱電設備接地母排、車站設備接地母排及其連接到接地引上線的電纜由動照專業設計。

b.與綜合UPS、自動售檢票、氣體滅火、站臺門、信號等系統電源及接地的接口

動照專業向各系統提供電源箱，接口位置在電源箱的出線開關下樁頭。

動照專業向各系統提供接地端子排箱，接口位置在接地端子排箱的端子排上。

c.與綜合監控系統的監控接口

車站環控電控柜與BAS 的監控接口位置在環控電控柜的通信管理器上端。

三級負荷總開關以及其余非消負荷開關的切除由動照專業在低壓柜里提供給FAS一個接口端子，接口位置在低壓開關柜室的通信管理機柜的FAS切非端子排。

應急照明電源裝置及各照明配電箱控制回路與BAS/FAS 的接口位于應急照明電源裝置及各配電箱的端子排上。

d.與自動扶梯、電梯的電源接口

動照專業與電、扶梯的接口在電扶梯電控箱的進線開關上樁頭。

e.與通風空調系統的接口

動照專業與通風空調設備的接口在設備的電源接線端子，本站無冷水系統。

環控設備采用智能環控系統，它由環控電控柜內智能元件、現場總線、通信管理機等設備組成，并與BAS系統控制器連接。

圖2 A 站動力配電系統示意圖

環控設備采用三級控制方式，即車控室控制，環控電控室控制和現場就地控制。與消防有關的電機過載故障只動作于信號不動作于跳閘。

f.與給排水系統的接口

動照專業與給排水專業接口在水泵自帶的控制箱進線端子。

（3）動力照明配電系統設置

車站0.4kV 柜室(兼做設備層環控電控室)設置于設備層設備及管理用房區內，低壓配電主要設備房間設置情況如下：設備層設備及管理用房區設置1 處照明配電室，站廳層設備及管理用房區設置1 處照明配電室、1 處蓄電池室（EPS設備室）、1 處通風空調電控室；為配合建筑外觀方案，本站站臺層未設置照明配電室，利用層高達3.5m 的站臺板下空間做為站臺層兩端動力照明配電設備安裝位置。動力配電系統示意圖如圖2 所示。

因本站設計時《GB51309-2018 消防應急照明和疏散指示系統技術標準》尚未實施，故車站主體內疏散照明由EPS裝置及應急照明分配電箱供電，其中站廳及站臺公共區的地面疏散指示燈電源采用DC24V。

區間疏散照明燈電源由EPS裝置供給；區間疏散指示燈采用消防智能應急疏散指示系統進行供電及控制。

車站公共區正常照明采用可調光智能照明DALI 系統進行控制。

2.2 案例二的低壓配電系統設計

2.2.1 車站工程概況簡述

西安五號線二期工程某站（以下簡稱B站）的建筑方案則有別于典型的路中方案（如圖3 所示)，位于規劃A 路和規劃B 路十字路口東側，沿規劃A路東西向高架設置于路中綠化帶內。站總長118m，標準段寬20m,車站總建筑面積約8302.8 平方米。本站建筑方案區別于典型路中方案在于車站主要設備及管理用房經獨立設計以附屬形式設置于規劃A路旁地塊內，采用天橋及地下電纜管溝與路中車站主體連接。

圖3 B 站車站布置示意圖

B站車站主體為地上三層島式高架車站，地上一層至三層依次為架空層、站廳層、站臺層；車站主體劃分1 個防火分區。B站附屬設備用房為地上四層，地下一層；車站附屬共劃分為5 個防火分區，分別為：地下一層消防泵房（兼給水泵房）及電纜夾層、地上一層設備管理用房區、地上二層（除天橋及出入口以外）的設備管理用房區、地上三層設備管理用房區、地上四層屋面水箱間與通風空調機房。

2.2.2 低壓配電系統設計

B站低壓配電系統設計內容與A站基本一致，以下將主要對兩項工程有區別處進行闡述。

圖4 B 站動力配電系統示意圖

（1）與主要系統專業設計接口的區別

a.與BAS系統的接口

通風空調電控室的智能低壓開關柜與BAS 的接口位置在智能低壓開關柜的智能網關上。

b.與通風空調系統的接口

B站設計中沒有采用智能環控系統。通風空調電控柜負責實現設備的啟、停、正反轉、安全保護、故障報警等就地級監控；通風空調電控柜向BAS提供通信接口，接收并執行BAS發送的模式控制命令。

本節中未詳述的系統專業接口與A 站設計方案基本一致，此處不再贅述。

（2）動力照明配電系統設置

車站主體內低壓配電主要設備房間設置情況如下：站廳層設備區設置1 處照明配電室兼應急照明電源室，站臺層兩端各設置1處照明配電室。車站0.4kV柜室設置于附屬設備房地上一層，附屬設備房內低壓配電主要設備房間設置情況如下：地上一層設置1處照明配電室、1 處通風空調電控室；地上二層設置1 處照明配電室；地上三層設置1 處照明配電室、1 處蓄電池室（EPS設備室）。動力配電系統示意圖如圖4 所示。

B站設計中疏散照明采用集中電源集中控制型消防應急照明和疏散指示系統，EPS裝置為車站備用照明、公共區值班照明供電。

車站公共區正常照明采用智能照明系統控制（非DALI 系統）。

3 智能照明系統在設計中的應用

在公共工程的建設中節能環保的重要性日益凸顯，因此照明的節能設計愈發重要。在地鐵高架車站的設計中，因鋼結構頂棚的廣泛使用，使得在照明設計中要充分考慮光環境因素變化成為一個重點。因此采用可調光智能照明DALI 系統成為照明系統設計中的一個選擇，下面以A站為例簡述其智能照明系統的設計情況。

3.1 公共區正常照明的設計概況

3.1.1 A站公共區（含出入口）的正常照明由本站變電所內的低壓開關柜配電,車站站廳B端設備區的照明配電室及車站站臺板下各設兩個公共區總照明配電，站廳、站臺公共區的照明由低壓柜的不同段母線交叉供電，滿足其一級負荷的配電要求。

3.1.2 公共區照明、出入口照明在照明配電室集中控制，并由綜合監控系統通過智能照明控制系統進行控制，與綜合監控系統的接口在智能照明控制系統的通信口處。公共區照明可根據實際需要定時開關一組、多組或不同區域的照明燈具。

3.1.3 公共區（含出入口）正常照明采用交叉供電，燈具按1：1比例進行設計，節電模式下可關閉部分燈具。

3.2 智能照明系統的應用

A站采用基于數字可尋址照明接口(DALI) 協議對燈具進行自動調光、開關控制。通過智能照明系統對照明模式切換，使車站照明量與客流量相適應，即在客流高峰時打開更多光源，當客流下降時及時關閉不必要的光源。

根據車站內照明場景的不同可以采用多種不同控制方式來實現模式切換，如時鐘控制、調光控制、照度傳感器控制、場景控制、BAS聯動控制等。車站內各具備智能照明設備可用串聯方式接入網關總線耦合器上，MODBUS接口模塊與BAS 系統間采用通訊連接。

A站智能照明系統設計概念圖（如圖5 所示）中，本站設置1 處系統電源位于車站控制室內，在站廳、站臺、車站兩側出入口開放無遮擋處設置6 處數字照度傳感器。

圖5 智能照明系統示意圖

在系統設計時應注意如下幾點：

（1）DALI 系統的燈具同時有電源接口和調光模塊接口，需要單獨敷設調光控制線，在敷設時不應與強電線路同管敷設。在設計時應用于非應急照明回路。

（2）每條DALI 回路的燈具數量最大可接入燈具的數量因所選用設備而有所區別，應根據實際工程的規模和需要選用相適應的設備。DALI 回路的兩條照明回路供電不應來自不同的照明箱。

（3）系統宜具備能源管理系統功能，可以實現包括不限于狀態監測與報警、能耗管理與數據報表等的功能。

4 基于設計過程的思考

4.1 消防切非

高架車站站廳、站臺層一般存在設備用房防火分區的面積小于非消防電源配電回路所管轄區域，因此在切除非消防電源時，應該根據配電回路所管轄區域的實際情況進行。因地鐵車站中各系統在火災情況下其聯動要求均有所區別，因此在低壓配電專業向FAS專業提資時應明確要求如：區間工作照明應在消火栓系統動作前切除；公共區垂直電梯應在電梯歸底后切除。

4.2 車站管線綜合設計

隨著BIM軟件在地鐵管線綜合設計工作中的推廣，可以解決地鐵車站中管線密集區域的管線排布及鋪設困難的問題。如案例二中B 車站因各弱電系統設備房間、變電所、環控電控室、消防泵房等均設置在車站附屬，引至車站主體的管線均需通過附屬與主體間連接的天橋，因此造成天橋頂下管線密集，在施工困難的同時也影響美觀。因此在設計中要在滿足低壓配電專業需求的前提下，對于橋架、線槽及其他電氣管線可以通過BIM軟件進行更為合理的排布和分配。

4.3 綜合接地網設計

高架車站的綜合接地網設計宜充分利用車站結構柱、樁基、承臺內的自然接地體與人工接地體相結合；目前高架車站普遍采用鋼結構頂棚，在車站防雷接地設計中應注意在鋼結構雨棚深化設計階段對于用作接閃器的不同材質金屬屋面應嚴格按照《GB 50057-2010 建筑物防雷設計規范》中5.2.7 條之規定。

對于如案例二中B車站這樣采用附屬設備房與車站主體采用分離設計的，對附屬設備房及車站主體的綜合接地網進行分別設計，兩處綜合接地網間采用人工接地體進行連接。此處應注意，考慮到市政道路存在整修或擴建的可能，用于兩處接地網所用的接地體不應直接敷設于市政路面下以避免市政道路在整修或擴建過程中對地鐵接地網造成破壞，造成運營安全風險。其可利用附屬至車站主體間天橋或供電管溝進行敷設，以便于運營方的檢修及維護。

5 結論

綜上所述，本文結合實際設計案例對地鐵高架車站的低壓配電系統設計進行了分析和介紹。隨著各地經濟水平的提升以及對于節能、環保理念的加強，在進行如高架車站公共區特別是站臺層公共區這樣高大空間的照明設計，應與建筑、鋼結構設計等專業人員充分溝通，對如何充分利用自然光環境進行更多嘗試和思考，在達到照明設計要求的同時，緊跟發展創新的步伐。在對車站低壓配電系統設計時，一方面要結合車站運行實際的用電負荷、用電情況、用電設備運行工況等對系統設計特別是變壓器的選擇提供有價值的參考，在設計中保證其經濟性，避免浪費；另一方面在實際的設計工作中在保持全線技術原則和標準具備統一性以降低未來甲方運行維護成本的前提下，應當從現實出發結合不同車站的不同情況進行科學、合理的優化。