地鐵車站建筑與機(jī)場(chǎng)建筑低壓配電設(shè)計(jì)差異研究

林 挺

(福州軌道交通設(shè)計(jì)院有限公司 福建福州 350004)

0 引言

近年來，隨著我國交通建設(shè)事業(yè)的深入發(fā)展，城市軌道交通和民用機(jī)場(chǎng)在全國各地掀起建設(shè)熱潮。地鐵車站建筑和機(jī)場(chǎng)建筑由于建筑形式、建筑體量的差異，電氣設(shè)計(jì)方案也不盡相同。筆者通過自身參與過的福州地鐵4號(hào)線和上海某機(jī)場(chǎng)建筑，研究比較地鐵車站建筑電氣設(shè)計(jì)與機(jī)場(chǎng)建筑低壓配電設(shè)計(jì)的異同。

1 變配電系統(tǒng)方案對(duì)比

項(xiàng)目一為福州地鐵4號(hào)線某車站，為地下二層標(biāo)準(zhǔn)車站，總建筑面積2.6萬m2，分為站臺(tái)層和站廳層，目前已完成施工圖設(shè)計(jì)。項(xiàng)目二為上海某機(jī)場(chǎng)建筑，為I類機(jī)場(chǎng)航站樓，總建筑面積62萬m2，包括地上六層和地下一層，已于2019年投入運(yùn)營。二者的變配電系統(tǒng)系統(tǒng)方案如表1所示。

表1 變配電系統(tǒng)系統(tǒng)方案對(duì)比表

從表中可以看出，雖然項(xiàng)目一的建筑體量遠(yuǎn)小于項(xiàng)目二，但因項(xiàng)目一的電源由全線主變電所集中式供電，供電距離較遠(yuǎn)，因此采用35/0.4 kV變配電系統(tǒng)。項(xiàng)目二電源引自就近市政變電所，供電距離較近，且根據(jù)電業(yè)常規(guī)用電分界接口，因此選用10/0.4 kV變配電系統(tǒng)。由于進(jìn)線電源方案的不同，項(xiàng)目一的市政電源相對(duì)而言可靠性更高，因此項(xiàng)目二設(shè)置了低壓柴油機(jī)作為后備電源，項(xiàng)目一則不設(shè)置。兩種供電方案從可靠性而言，均可滿足自身用電需求。主要原因在于進(jìn)線電源方案的差異，而這取決于與當(dāng)?shù)仉姌I(yè)局的接口談判。

在UPS設(shè)置方案上，項(xiàng)目一采用了各系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置UPS的方案。一方面是由于各系統(tǒng)后期運(yùn)維屬于不同部門，另一方面是該方案為前序線路延續(xù)做法。若采用集中設(shè)置UPS，則涉及到各系統(tǒng)界面的接口重新分界。項(xiàng)目二則根據(jù)各系統(tǒng)運(yùn)維主體的不同，對(duì)屬于機(jī)場(chǎng)運(yùn)維部分的機(jī)房UPS進(jìn)行整合，對(duì)屬于海關(guān)、邊檢等獨(dú)立運(yùn)維的機(jī)房由相關(guān)單位單獨(dú)設(shè)置，并根據(jù)負(fù)荷的重要性，對(duì)不同的集中UPS采用了“1+1并機(jī)”、“UPS雙機(jī)+STS靜態(tài)開關(guān)”等不同配電方式。通過對(duì)比二者的UPS方案，可以看出項(xiàng)目二在UPS設(shè)置上更為合理，集中UPS在系統(tǒng)造價(jià)上更省，且能節(jié)省建筑空間，還可節(jié)省后期運(yùn)維成本。在后期地鐵項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，地鐵車站的UPS設(shè)置方案可借鑒項(xiàng)目二及全國其他地鐵項(xiàng)目的UPS整合經(jīng)驗(yàn)，從負(fù)荷類型及重要性、運(yùn)維主體等方面對(duì)UPS進(jìn)行整合方案比選，使配電方案更好地滿足使用需求，減少運(yùn)營維護(hù)成本。

2 主要負(fù)荷配電方案對(duì)比

地鐵車站建筑與機(jī)場(chǎng)建筑的主要負(fù)荷不盡相同，《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50157[1]和《交通建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ243[2]中，關(guān)于地鐵和民用機(jī)場(chǎng)用電負(fù)荷等級(jí)劃分及供電方式的相關(guān)規(guī)定也有一定區(qū)別。兩個(gè)項(xiàng)目均針對(duì)不同等級(jí)的負(fù)荷，采用了有針對(duì)性的配電方案，以滿足不同負(fù)荷對(duì)供電可靠性的要求。對(duì)于一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷，如重要弱電系統(tǒng)負(fù)荷、應(yīng)急照明等，均在兩路市電的基礎(chǔ)上增設(shè)應(yīng)急電源；對(duì)于一級(jí)負(fù)荷，如主排水泵、雨水泵等，均采用兩路市電配電，并根據(jù)負(fù)荷容量采用放射式或樹干式配電；對(duì)于二三級(jí)負(fù)荷，均采用單回路配電。然而在消防風(fēng)機(jī)的配電方案上，兩個(gè)項(xiàng)目存在較大差異，具體對(duì)比如表2所示。

表2 消防風(fēng)機(jī)配電方案對(duì)比

在消防風(fēng)機(jī)的配電方案上，項(xiàng)目一采用了在車站兩端環(huán)控機(jī)房附近集中設(shè)置環(huán)控電控柜的方案，并在環(huán)控電控柜中采用了單母線分段加母聯(lián)開關(guān)的配電形式。主要在于地鐵車站的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備均設(shè)置在車站兩端的環(huán)控機(jī)房?jī)?nèi)，通過就近設(shè)置環(huán)控電控柜，利于后期運(yùn)營的集中維護(hù)管理。單母線分段的配電方式相對(duì)而言，可靠性更高，但需注意上下級(jí)母聯(lián)開關(guān)的配合；而項(xiàng)目二中空調(diào)風(fēng)機(jī)根據(jù)建筑布局情況，設(shè)置在不同樓層和不同區(qū)域，在機(jī)房?jī)?nèi)就地設(shè)置雙電源切換箱的形式更為適合，同時(shí)考慮到項(xiàng)目二作為國際交通樞紐機(jī)場(chǎng)的重要性，因此對(duì)其消防負(fù)荷增設(shè)柴油機(jī)作為后備電源，保障了消防負(fù)荷的供電可靠性。在實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況，從項(xiàng)目重要性、建筑形式等方面對(duì)消防負(fù)荷配電方案進(jìn)行比選，保證消防負(fù)荷的供電可靠性。

3 低壓配電保護(hù)方案對(duì)比

項(xiàng)目一和項(xiàng)目二根據(jù)自身項(xiàng)目情況，在低壓配電保護(hù)方案上也存在一定差異，如表3所示。

表3 低壓配電保護(hù)方案對(duì)比

從表中可以看出，兩個(gè)項(xiàng)目在0.4kV柜的配電保護(hù)方案上是基本一致的，但在配電箱配電保護(hù)方案上存在較大差異。項(xiàng)目一在配電總箱及分箱的進(jìn)線開關(guān)均選用斷路器，并設(shè)置短路瞬時(shí)保護(hù)及過負(fù)荷長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)。其理由為在地鐵車站中配電間和變電所在運(yùn)營管理中分屬不同工班，因此在末端配電回路發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)將故障在本級(jí)切斷，不應(yīng)擴(kuò)大故障影響范圍，導(dǎo)致上級(jí)配電回路跳閘。項(xiàng)目二則在配電總箱及分箱的進(jìn)線開關(guān)均選用了隔離開關(guān)，僅采用了分支電纜配電的配電箱進(jìn)線處設(shè)置斷路器。其理由為配電箱出線回路均設(shè)置了斷路器，當(dāng)配電箱內(nèi)出線斷路器以上位置發(fā)生故障時(shí)，由上級(jí)配電箱柜出線回路斷路器，進(jìn)行保護(hù)切斷。

對(duì)于配電箱進(jìn)線處是否設(shè)置斷路器，可根據(jù)配電回路不同位置，發(fā)生故障的不同情況，進(jìn)行分析。如圖1所示，配電箱回路故障點(diǎn)可分為A，B，C三點(diǎn)。當(dāng)故障發(fā)生在C點(diǎn)時(shí)，可通過配電箱出線斷路器與上級(jí)斷路器的上下級(jí)配合，保證故障點(diǎn)在配電箱出線側(cè)切除。當(dāng)A點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，無論配電箱進(jìn)線是否設(shè)置斷路器，均只能由0.4kV低壓柜出線斷路器保護(hù)。因此僅需分析B點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)的情況。常見的電氣故障可分為相間短路、接地故障、過負(fù)荷[4]。根據(jù)機(jī)場(chǎng)建筑及地鐵車站建筑負(fù)荷特點(diǎn)，配電箱的同時(shí)系數(shù)Kx均設(shè)置在0.8～1.0之間，因此，在配電箱所有出線回路未產(chǎn)生過負(fù)荷的情況下，B點(diǎn)產(chǎn)生過負(fù)荷故障的概率較低。當(dāng)B點(diǎn)發(fā)生相間短路時(shí)，按標(biāo)準(zhǔn)地鐵站內(nèi)配電總箱設(shè)置最遠(yuǎn)距離250米考慮，短路電流將遠(yuǎn)大于0.4 kV柜出線斷路器的瞬動(dòng)整定值或短延時(shí)整定值。這種情況下，即使在配電箱進(jìn)線處設(shè)置斷路器，也無法保證0.4 kV柜出線斷路器不動(dòng)作。當(dāng)B點(diǎn)發(fā)生接地故障時(shí)，若B點(diǎn)與變電所距離較近，則短路電流較大，情況與相間短路情況相同；若B點(diǎn)與變電所距離中等，因項(xiàng)目一0.4 kV出線斷路器整定值均為下級(jí)配電箱進(jìn)線斷路器整定值的1.15～1.2倍之間，而根據(jù)斷路器的反時(shí)限脫扣器動(dòng)作特性，下級(jí)斷路器的可靠動(dòng)作電流為1.3倍的整定值[3]，上下級(jí)斷路器脫扣曲線存在交叉重合，無法保證上下級(jí)可靠配合。若B點(diǎn)與變電所距離較遠(yuǎn)，無法通過0.4 kV柜斷路器的瞬動(dòng)、短延時(shí)或長(zhǎng)延時(shí)保護(hù)做接地故障保護(hù)時(shí)，0.4 kV柜斷路器通常會(huì)設(shè)置專門的接地故障保護(hù)裝置。而配電箱總開關(guān)由于造價(jià)原因，通常不會(huì)設(shè)置獨(dú)立的接地故障保護(hù)裝置。這種情況下若B點(diǎn)發(fā)生接地故障，則0.4 kV柜將提前動(dòng)作。根據(jù)以上分析，可以確定在配電箱進(jìn)線處設(shè)置斷路器并無必要。

供配電系統(tǒng)應(yīng)簡(jiǎn)單可靠，低壓配電級(jí)數(shù)不宜多于三級(jí)[5]，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，建議多與建設(shè)運(yùn)營方溝通，通過對(duì)項(xiàng)目可能出現(xiàn)的故障情況進(jìn)行分析，減少不必要或重復(fù)的配電保護(hù)設(shè)置，減少項(xiàng)目建設(shè)成本,如圖1所示。

圖1 低壓配電回路故障情況簡(jiǎn)圖

4 結(jié)語

本文通過福州地鐵4號(hào)線某車站和上海某機(jī)場(chǎng)建筑的低壓配電方案對(duì)比，梳理了典型地鐵車站建筑和機(jī)場(chǎng)建筑低壓配電設(shè)計(jì)方案的異同，對(duì)其中的原因進(jìn)行了分析，并對(duì)兩者進(jìn)行了比選。地鐵車站建筑和機(jī)場(chǎng)建筑同屬于重要的交通建筑，低壓配電系統(tǒng)均較為復(fù)雜，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)針對(duì)具體項(xiàng)目情況，認(rèn)真做好配電設(shè)計(jì)的多方案比選，以期做到保障人身和財(cái)產(chǎn)安全，節(jié)約能源、技術(shù)先進(jìn)、完善功能、經(jīng)濟(jì)合理、配電可靠和安裝運(yùn)行方便。