地鐵工程變配電系統(tǒng)設(shè)計分析

摘要：隨著我國城市化進程的推進，大力建設(shè)地鐵逐漸成為緩解交通擁堵問題的有效措施。地鐵變配電系統(tǒng)是地鐵正常運營的重要保障，主要負責(zé)為地鐵運行提供電能。首先，計算地鐵負荷，確定地鐵變配電負荷相關(guān)指標(biāo)參數(shù)；其次，從總體配電方案方面闡述地鐵配電系統(tǒng)設(shè)計方案；最后，介紹了地鐵動力配電和地鐵照明配電方案設(shè)計方法。

關(guān)鍵詞：地鐵工程；地鐵負荷計算；變配電系統(tǒng)；設(shè)計方案

中圖分類號：TM71；U231+.8 文獻標(biāo)識碼：A

0 引言

地鐵作為城市軌道交通的重要組成部分，在緩解交通擁堵及滿足公共出行需求方面發(fā)揮重要作用。作為我國大型城市公共交通設(shè)施，電力是維持其正常運轉(zhuǎn)的重要能源，變配電系統(tǒng)是保證電力供應(yīng)的重要設(shè)施。因此，遵循科學(xué)、規(guī)范原則設(shè)計變配電系統(tǒng)，并結(jié)合實際需求提出個性化方案，是保證地鐵安全、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。

1 地鐵變配電系統(tǒng)分析

目前，隨著信息技術(shù)、人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)及大數(shù)據(jù)技術(shù)等的持續(xù)發(fā)展，地鐵變電站自動化發(fā)展成為主要方向，借助智能電子設(shè)備和技術(shù)手段，實現(xiàn)了實時在線控制、數(shù)據(jù)智能化采集、遠程管控等功能。同時，地鐵工程變配電系統(tǒng)還實現(xiàn)了信息化、自動化管理，通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)和總線的應(yīng)用，達到了智能化運行、管控的目標(biāo)[1]。

相較于其他類工程電氣系統(tǒng)，地鐵的變配電系統(tǒng)具備獨特性。為了滿足地鐵日常運行的要求，對系統(tǒng)的負荷計算、動力負荷及照明工藝等均提出了個性化要求。在負荷計算方面，為支持地鐵正常運行，科學(xué)計算相關(guān)容量指標(biāo)和系數(shù)是關(guān)鍵流程。目前，我國還未形成明確的標(biāo)準，因此這些參數(shù)一般是依據(jù)民用建筑相關(guān)標(biāo)準進行確定。而負荷計算的準確性是影響地鐵變配電系統(tǒng)科學(xué)運行的基礎(chǔ)。一般情況下，一座地鐵站需要建設(shè)2 ～ 4 臺變壓器滿足供電需求，且選用的變壓器自身容量需要處于500 ～1 600 kV·A。同時，由于地鐵站內(nèi)存在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級負荷，這將進一步增大供電復(fù)雜性和難度，因此，科學(xué)接線并保證各級線路獨立、安全運行成為關(guān)鍵任務(wù)。這些工作的開展需要基于工程實際情況，才能保證符合預(yù)期設(shè)定的目標(biāo)要求。在動力負荷方面，設(shè)計對象主要包括水泵、風(fēng)機、電梯、空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)及運輸系統(tǒng)等。因此，變配電系統(tǒng)的控制體系煩瑣復(fù)雜，再加上自動化技術(shù)的深層次應(yīng)用，使得該系統(tǒng)動力負荷設(shè)計面臨更多的挑戰(zhàn)。在照明工藝方面，需要結(jié)合實際情況進行設(shè)計，不僅需要滿足各場景應(yīng)用需求，還需要便于檢修維護。因此，基于地鐵站各場景照明需求以及建筑結(jié)構(gòu)特點，在滿足節(jié)能環(huán)保理念的基礎(chǔ)上，科學(xué)地進行變配電系統(tǒng)的設(shè)計是重點[2]。

2 地鐵工程變配電系統(tǒng)設(shè)計

地鐵工程變配電系統(tǒng)設(shè)計是一項復(fù)雜、煩瑣的任務(wù)，其核心內(nèi)容包括負荷計算、地鐵總體配電方案、動力配電系統(tǒng)設(shè)計及照明配電系統(tǒng)設(shè)計等內(nèi)容。

2.1 工程案例信息概述

本文以某軌道交通8 號線一期工程某車站為例，該車站地鐵負荷主要包括動力負荷和照明負荷兩個部分。動力負荷主要涉及通風(fēng)空調(diào)、給排水、消防、弱電、運輸、安全防護等內(nèi)容，其被細化為7個負荷組，在確定負荷參數(shù)時，依據(jù)民用建筑相關(guān)標(biāo)準完成設(shè)計，某車站動力設(shè)備容量總結(jié)（局部）如表1 所示（由于涉及內(nèi)容過多，在此僅選擇部分內(nèi)容作為代表進行闡述）。

地鐵照明方面主要包括站廳照明、站臺照明、區(qū)間照明、事故照明、廣告照明等內(nèi)容。某車站照明容量總結(jié)如表2 所示。

2.2 地鐵負荷計算

地鐵日常運行過程中，內(nèi)部的各耗電設(shè)備很難實現(xiàn)滿負荷運行，且各設(shè)備功率因數(shù)存在差異。一般情況下，通過計算用電設(shè)備的等效負荷方式完成地鐵負荷計算。在計算過程中，以30 min 的時間間隔為標(biāo)準，計算該時間段內(nèi)負荷最大平均值，并且將其作為計算負荷，其是輔助變配電系統(tǒng)確定供電容量、電氣設(shè)備、線纜材料規(guī)格、無功補償?shù)刃畔?shù)的重要參考。需要注意的是，為了保證設(shè)計的系統(tǒng)方案具備實用性，需要遵循科學(xué)、適當(dāng)原則完成計算負荷的取值，否則會影響系統(tǒng)運行安全[3]。

地鐵變配電系統(tǒng)負荷計算主要包括以下兩個方面：第一，動力負荷方面。消防泵等在出現(xiàn)火災(zāi)時，產(chǎn)生的實際負荷低于Ⅲ級負荷標(biāo)準，因此，無須進行計算。除了消防系統(tǒng)這一項外，其余6 個負荷組一般應(yīng)用系數(shù)法完成負荷計算。在計算過程中，需要借助Kc 和cosΦ 計算得到有功功率和無功功率。通過幾何相加方式完成視在功率計算，得出綜合功率因數(shù)。經(jīng)過系統(tǒng)計算，某車站動力計算負荷總結(jié)如表3 所示，并且得出視在功率為1 512 kV·A，綜合功率因數(shù)為0.795。

第二，照明負荷方面。基于地鐵運行需求以及其所處環(huán)境，在日常應(yīng)用過程中，所有照明均啟用，某車站照明計算負荷總結(jié)如表4 所示。

3 地鐵總體配電方案設(shè)計

地鐵用電負荷按照功能大體分為動力負荷和照明負荷兩個部分，其中動力負荷包括電動機車運行所需的牽引電力；照明負荷則包括車站、區(qū)間等照明所需的用電。隨著自動化技術(shù)、智能化技術(shù)的應(yīng)用，地鐵變配電系統(tǒng)智能管理成為現(xiàn)實，供電系統(tǒng)由外部電源、主變電所、牽引供電系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)及電力監(jiān)控系統(tǒng)組成，外部電源形式多樣，如集中式、分散式等[4]。

地鐵工程中應(yīng)用的降壓變電形式包括3 種，分別為一所式、一主所一輔所式、一所一室式。在設(shè)計時，需基于實際情況，科學(xué)地選擇最適合的形式。

3.1 動力配電系統(tǒng)

在配電線路設(shè)計過程中，降壓變電所、環(huán)控電控室的低壓開關(guān)柜區(qū)域需要采用電纜完成配電，動力配電箱到動力設(shè)備區(qū)域可以通過電線配電方式完成線路設(shè)計。在消防設(shè)備電氣配線設(shè)計過程中，需要圍繞《地鐵設(shè)計規(guī)范》等標(biāo)準進行思考，基于不同區(qū)域的消防設(shè)備需求，有針對性地選擇適宜的配線類型和規(guī)格。在低壓電器選擇過程中，必須保證各電器額定電壓和所在回路標(biāo)稱電壓相匹配。

3.2 照明配電系統(tǒng)

為保證地鐵運營和管理工作正常進行，車站站廳層、站臺層兩端均需要設(shè)立照明配電室，一般情況下，需要保證各層級設(shè)立的配電室對齊，便于電纜鋪設(shè)以及日常運維管理。車站照明配電箱集中設(shè)置在照明配電室內(nèi)，通過此種方式便于自動化管理。但需要注意的是，區(qū)間照明配電箱需要設(shè)置在地鐵運行區(qū)間范圍內(nèi)。

同時，從照明質(zhì)量角度來看，結(jié)合現(xiàn)有相關(guān)標(biāo)準，地鐵車站站廳、站臺、通道、辦公室等區(qū)域正常照明照度均勻度數(shù)值應(yīng)在0.7 以上，并且控制室、行車值班室等區(qū)域眩光限值應(yīng)為Ⅰ級，站廳、站臺等區(qū)域則為Ⅱ級，其余區(qū)域眩光限值達到Ⅲ級即可。為了給用戶提供良好的體驗，休息室、衛(wèi)生間等區(qū)域會設(shè)置為暖色調(diào)；站廳、站臺等區(qū)域一般設(shè)置為中間色，便于用戶觀察周圍環(huán)境；控制室、值班室等區(qū)域為了保證安全性，一般設(shè)置為冷色[5]。

此外，燈具選擇方面，需要結(jié)合節(jié)能目標(biāo)，圍繞車站環(huán)境進行思考。通常車站一般照明、廣告照明以日光色熒光燈為主，有時候還會用到白熾燈。應(yīng)急照明以白熾燈為主。而區(qū)間照明由于其所處環(huán)境的特殊性，需要具有防水、防塵、耐腐蝕等特點，以及良好的密閉性和抗震性能。

4 結(jié)語

綜上，地鐵工程作為一項復(fù)雜工程，是現(xiàn)代城市交通體系中的重要組成。尤其是隨著城鎮(zhèn)化進程的持續(xù)推進，地鐵工程建設(shè)得到進一步發(fā)展。地鐵運營過程中，電力能源是重要動力，科學(xué)設(shè)計變配電系統(tǒng)成為重要任務(wù)。本文基于實際案例，詳細闡述變配電系統(tǒng)負荷計算要點，并從動力配電和照明配電系統(tǒng)兩個方面進行詳細介紹。希望本文研究成果可以為同類型地鐵工程變配電系統(tǒng)設(shè)計提供參考依據(jù)。

參考文獻

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[2] 楊波. 地鐵低壓配電系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)分析與應(yīng)用[J].中國新通信，2023，25（21）：84-88.

[3] 施金曉，吳秦月. 考慮溫度預(yù)警的變配電站無線測溫系統(tǒng)研究[J]. 光源與照明，2023（2）：207-209.

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[5] 趙梓茗. 地鐵低壓配電系統(tǒng)設(shè)計細節(jié)優(yōu)化研究[J]. 電子樂園，2023（1）：100-102.