鐵路客運站房供配電設計淺析

中鐵第五勘察設計院集團有限公司 劉守輝

都安站位于廣西壯族自治區河池市都安縣澄江鄉六里村境內，站房建筑面積7995.89平方米，為線側下式旅客站房，高峰每小時發送旅客500人，根據《鐵路旅客車站建筑設計規范》“總則”第1.0.5條為小型旅客車站。站房上下兩層，包括中間通高的候車大廳和兩側的服務用房、出站廳、出站通道、旅客服務、商務候車室、信息機房、消防控制室等。

本站房為小型鐵路旅客車站，根據《高速鐵路設計規范》、《鐵路電力設計規范》，站房內與行車密切相關的通信、信息、災害監測系統；客票系統；客運廣播系統、列車到發預告顯示系統等重要設備用電為一級負荷。消防及火災報警設備、應急（包括備用、安全及疏散）照明、公共區照明、重要機房內恒溫恒濕空調用電、設備機房照明、旅客用電梯及自動扶梯、給排水及污水處理設備用電為二級負荷；廣告照明、裝飾照明以及其他一般照明用電、一般空調新風機用電及其他普通電力等為三級負荷。所有用電設備轉化為連續工作制后的有功功率，一級負荷約110kW；二級負荷約758kW（其中消防負荷231kW）；三級負荷約1238kW（其中預留廣告商業300kW）。

本項目為小型站，最高負荷等級為一級負荷，總安裝容量在5000kVA以下，根據10kV電源進線電纜電流承載能力和電壓等級，一路進線供電容量不超過10MVA，優先考慮選取地方市政電源為本站房供電。高鐵旅客站房電源進線本站分別從公網接引2路相互獨立可靠的10kV電源作為雙重電源，當一路電源發生故障時另一電源不應同時受到損壞，每路電源均能承擔本站全部用電負荷。

1 站房綜合變電所

1.1 變壓器

合理考慮裝機容量，使變壓器運行效率在95%以上，負載率在60%～70%。既要考慮現有用電設備計算負荷，又要根據未來遠景擴容情況。根據本項目當地實際情況和相關專業用電負荷配置情況，變電所配置1250kVA、10/0.4kV變壓器2臺，供站房及附屬設施的動力、照明設備用電。根據《變壓器能效限定值及能效等級》中1級能效等級的要求，采用SCB13。

之前，我國在普通民建配電設計中，對變比為10kV/0.4kV的配電變壓器,大部分采用Y,yn0聯結組號,但現在普遍采用了D,yn11聯結組號。相同容量的D,yn11聯結組號變壓器比與Y,yn0聯結組號的變壓器磁滯和渦流損耗與繞組銅耗雖略大一些,但3次及其整數倍高次諧波等零序成分激磁電流在一次側接成三角形條件下、可在三角形繞組環流,與一次側接成星形條件下高次諧波電流可以從低壓側侵入高壓側電網的情況相比較,有利于減少公用電網諧波污染,這在半導體電力電子元件應用日趨廣泛的情況下是非常有利的。此外D,yn11聯結比Y,yn0聯結的零序阻抗要小得多，所以單相短路電流要大得多，提高單相接地短路故障保護的靈敏性。此外，當三相負荷不平衡時，Y,yn0聯結組號變壓器要求中性線電流不高于低壓正常線電流的25%，因而本站房采用D,yn11聯結組號的變壓器。

本項目采用10kV高壓電纜形式進線，采用變壓器中性點經小電阻形式接地，在發生單相接地故障時，中性點與大地之間電阻極小，電壓為幾乎為大地電位，沒有發生短路的正常相電壓對地電壓不變仍未正常情況下的相電壓，可減少設備和線路對地絕緣的投資。此外，中性點直接接地系統在發生接地故障時，故障電流經過相線-過渡電阻-大地-中性線形式回流到變壓器中性點，大大減少了短路阻抗，增大了短路電流，有利于繼電保護的靈敏性，有利于故障的及時切除，從而最大程度保證了人身、設備安全。

1.2 主接線及運行方式

10kV側電氣主接線采用單母線分段、不設母聯,III段母線平時分列運行、互為備用，每段母線均能供100%負荷。低壓側采用單母線分段運行方式，兩段低壓主母線之間設置母聯開關。正常情況下，母聯開關處于斷開狀態，兩路電源同時供電、互為熱備用；當一路電源停電或故障時，自動切除全部三級負荷，母聯開關自投，由另一路電源維持全所一、二級負荷的供電。當母聯自投裝置故障或失效時，由本線電力調度中心通過電力遠動系統將其退出，對變電所低壓兩進線和母聯開關進行直接控制。任何情況下，最多只允許兩進線與母聯開關中的兩個開關同時合閘。

1.3 無功補償

變電所每段低壓母線分別設置電容補償裝置并帶有源濾波裝置。要求補償后的變壓器低壓側功率因數在0.95以上，減少了公用電網諧波污染，減少了輸電線路壓降，減輕了電力系統無功功率負擔。

2 低壓供配電系統

2.1 供電方式

因為本項目主要用電負荷集中于站房內、用電現場較近，采用了TN-S系統，與逐級漏電保護相配合起到保障用電安全的作用。為保證供電的可靠性，站房低壓配電系統干線以放射式供電為主。為便于維護，均采用電纜供電。根據本工程建筑平面布局的設計因地制宜，既要深入負荷中心，又要保證線路電壓降處于設備用電允許的范圍之內，綜合考慮合理設置配電間，由變配電房直接供電到各配電間內或設備機房內。各配電回路均按防火分區劃分設計配電。

2.2 電機啟動方式

根據本項目的供電狀況和減少對傳動機械沖擊的要求，延長各機械設備的工作壽命，本項目非消防設施單臺容量大于22kW及以上的電機采用軟啟動，單臺容量小于22kW的電機采用直接啟動。為保證消防設施的可靠使用，消防設施不采用變頻控制及軟啟動，單臺容量大于22kW及以上采用星三角降壓啟動；單臺容量小于22kW的電機采用直接啟動。

2.3 配電線路的保護及其選擇性

所有配電線路一律進行過負荷保護、短路保護、及接地故障保護校驗。所有配電線路一律進行熱穩定校驗。為保證用電處的電壓偏差處于設備用電允許的范圍之內，所有回路均對末端用電處的電壓降進行校驗，對距離較遠的停車場用電負荷采用增設預裝式變電所的方式來減少電壓降，距離綜合變電所較遠負荷的電纜根據電壓降的計算適當放大了截面，減小了阻抗和末端的電壓偏差，以保證各用電負荷供電電纜的工作和啟動電壓降能滿足規范規定和工藝設備安全運行的要求。

用電設備端子處電壓偏差允許值為：電動機為±5%；照明：一般工作場所為±5%，當工作場所遠離變電所難以滿足要求時可為＋5%和－10%；其他用電設備無特殊要求時為±5%。為保證供電的可靠性，本項目采用上下級選擇性配置，以相關國家規范為依據減少配電級數，采用電子脫扣器斷路器，并按如下統一原則配置：過載保護的電流選擇性：上下級斷路器過載保護整定電流之比不小于1.6；低短路電流保護的時間選擇性：上下級斷路器瞬時速斷過電流保護整定電流之比不小于1.5；上下級斷路器的殼架電流（額定）電流之比大于2.5。

本項目低壓配電系統額定電流630A及以上的斷路器選用框架斷路器，斷路器自身帶有智能型數字脫扣器，四段保護（總進線斷路器及母聯斷路器為四段保護，出線斷路器為三段保護）；脫扣器的液晶顯示屏幕具有中文顯示；可以記錄最近10次脫扣和報警并顯示于屏幕上，可以顯示主觸頭磨損和操作次數；具有諧波和基波的計算功能。

本項目低壓配電系統額定電流400A及以下的斷路器選用塑殼斷路器，其電子脫扣器應采用三段式保護電子式脫扣器；末端用電的照明類配電回路采用模數化微型斷路器，采用兩段式熱磁脫扣器，根據配電保護需要選擇B、C、D型脫扣曲線。人身防觸電保護選用30mA的A類RCD保護器。

3 照明

根據鐵路總公司鑒定中心鑒電函［2018］151號《關于鐵路站房LED照明設計研討會會議紀要》，為響應國家綠色照明政策打造綠色站房，鐵路站房優先采用LED照明。所有公共場所照明采用智能照明控制系統。根據《高速鐵路設計規范》12.2.2條款，對一級負荷的公共區照明可采用兩路電源交叉供電。所有公共空間高大區域自動控制的燈具均采用兩路電源交叉供電的接線方式，可分別開啟1/2、1/4的照明燈具，達到根據不同場景的使用要求來分級分層次調節這些場所的照度。辦公房間、配電間設備機房、綜合變電所、鐵路后勤服務房間等小房間采用安裝墻壁開關面板控制。