中低運量城市軌道交通系統中箱式變電站方案設計

中圖分類號：U224.8 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）20-0130-04

Abstract：Inrecentyears，with theactiveexplorationand vigorousdevelopmentof variousnewtypesof mediumand lowvolumeurbanrailtransit，box-typesubstationshavebecomemorewidelyusedduetothelimitationsoftightabove-ground transportationspaceandterrin.Thisarticleanalyzesthecharacteristicsandadvantagesofbox-typesubstations，andusestwo projectexamplestodemonstratetheapplicationresultsofbox-typesubstationsinurbanrailtransitwithmediumandlowvolume volume，reflectingtheaplicationprospectsofbox-typesubstatios，andproviingrefereneforthdesignofbox-typesubstations in urban rail transit with medium and low volume.

Keywords：urban rail transit；medium and low trafic volume;box-type substation; substation; scheme design

近年來，隨著國家對大運量城市軌道交通建設門檻的不斷提高，諸多中小城市、城市非中心區、工業園區及旅游景區等，由于客流需求和經濟條件尚未達到標準，以及高等級景區限制引入大運量軌道交通等原因，大運量軌道交通建設受限，但大運量軌道交通末端客流仍客觀存在接駁需求，而中低運量軌道交通是解決這一問題的最佳方案。由此，各地對中低速磁浮、導軌式膠輪系統、智能軌道快運系統等新型中低運量城市軌道交通方案的探索越發積極。

相較于地鐵等建造在城市地下空間的大運量軌道交通系統，中低運量軌道交通系統一般在地上空間進行敷設，為了獲得良好的造價指標和經濟指標，并更好地適應各類地形，要求車站規模與大小更加精準緊湊，以實現緊張的地面交通空間的充分利用。尤其是對于高架線路為主的中低運量軌道交通工程，其大部分車站主體均為站橋一體形式，該類型車站受紅線、限界、橋梁等專業限制，規模較小，為保證建筑房間的經濟合理性，采用箱式變電所外掛方案可大幅縮減設備房間規模，為車站主體建筑及工程造價減負。

1箱式變電站簡介

箱式變電站，又稱為預裝式箱體變電所或預裝式箱體變電站，可根據定制化需求將各變配電設備按一定接線方案排成一體的工廠預制式變電站，其電氣裝置均統一安裝在一個防潮、防銹、防塵、防鼠、防火、防盜、隔熱、全封閉且可移動的金屬結構箱體內，機電一體化，全封閉運行，具備遙測、通信、遙調等功能，從而實現少人值守或無人值守。

箱式變電站用途很廣，可安裝在人行道旁、綠化區、道路交叉口、生活小區、工業園區、生產場地、商業中心、高層建筑、礦山、油田與高速公路等處，也可作成移動式變電站，適用于流動作業的場所。目前，德國、日本、美國和英國等工業發達國家，箱變用量很大，在中壓變電站中箱變占 90% ，技術已經非常成熟。而在城市軌道交通系統中，箱式牽引變電站一般整合了高壓開關柜（ 35kV 或 10kV ）牽引整流機組、直流開關柜、交直流屏系統、再生制動設備和配電變壓器等。

箱式變電站與傳統房建變電站的特點對比見表1。

對比2種變電站，箱式變電站具有占地面積小、工廠化預制生產、施工周期短等優點，適用于快速部署和空間有限的場合，而房建變電站則具有更好的保護和支持設備的能力，適用于對安全性和穩定性有較高要求的場合。

2車站箱式變電所與房建變電所方案對比

以某中低速磁浮旅游快線的一個高架站為例，此高架站西側為游客服務中心大樓，北側為游客服務中心大型停車場，南側為游客服務中心地面露臺，東側為邊坡，車站部分侵入了邊坡。車站為3層高架側式站，地下一層為電纜夾層、消防泵房等設備用房，地面一層為設備層，地面二層為站廳層，地面三層為站臺層。

對于房建變電所方案，其 35kV 開關柜室、組合變流器室、直流開關柜室、 .0.4kV 開關柜室和控制室等均布置在地面一層右端設備區，如圖1（a）所示，同時變電所范圍下方設置凈高不小于 1.9m 電纜夾層，如圖2（a）所示。地面層左半區域則為物業綜合開發區。此方案下，物業綜合開發區面積為 645m² 。

對于箱式變電所方案，高壓開關柜、組合變流裝置、直流開關柜和上網組合開關柜等牽引變電設備整合進箱式變電所中，車站建筑內 35kV 開關柜室、組合變流器室、直流開關柜室和控制室均取消，僅保留0.4kV 開關柜室，地面一層物業綜合開發區面積由原645m² 增大至 857m² ，如圖1（b）所示，同時車站變電所地下電纜夾層面積也得以減少，僅保留箱式變電所進出車站的主干電纜通道，如圖2（b）所示。

對比房建變電所方案，采用外置箱式變電所方案后，公共區面積增大了 212m² ，并且其地下夾層減小 35% 左在不調整車站外輪廓及規模的情況下，車站建筑站廳層右。2種方案的土建工程量及費用對比見表2。

根據箱變廠家及結構專業提資，此車站箱式變電所尺寸為長 16.7m× 寬 3.9m ，基礎采用單樁 θ600m 樁基礎（樁長 9m ） ⁺ 承臺 1.2m×1.2m+ 拉梁，頂板采用梁、板框架體系。本方案箱式變電土建工程量及費用見表3。

由于車站地下夾層面積減小，車站東側邊坡的加固防護樁截面可由原 3m×4m 調整為 3m×3.5m ，樁長由原來的 38m 調整為 32m ，同時公路左側 1.5m× 2.5m 樁可取消。此方案節約鋼筋混凝土約 1718m³ 錨索樁錨索由原設計7排錨索，減少為3排錨索，且每排錨索可減少約 4m 長度，共計節約投資約350萬元。

除以上土建及防護樁費用外，由于箱式變電所外置，需增設箱式變電所至車站地下夾層的電纜溝通道，根據現場情況，箱式變電所至車站電纜敷設距離大約為 120m ，電纜根數約為50根。對比房建變電所方案，箱式變電所方案增減費用匯總見表4。

所方案能有效降低單座車站的工程造價，此外車站內由于變電所外置后增加的 212m² 公共區面積還可考慮用于車站商業綜合開發，結合此工程的旅游屬性，可提升旅客乘坐體驗及服務質量，增強旅游線路的商業收益。

3全線箱式變電所優化布置對比

對于低運量軌道交通系統，根據國家相關政策文件要求，原則上低運量軌道交通項目直接工程投資不得超過1億元/km，工程造價控制嚴格。針對此類工程，通過引人箱式變電所，可以將降壓所從車站建筑中解放出來，從而打破每站一個變電所的設置原則，在合適的站間距下，靈活采用兩站或三站共用一個箱式變電所的方案，進而優化減少全線的變電所數量。

以某條低運量軌道交通環線為例，線路正線全長30.8km ，全程均為高架線，設站32座，平均站間距0.96km ，最大站間距 2.483km ，最小站間距 0.41km 全線設置1座綜合車場，控制中心位于綜合車場內。線路采用導軌式膠輪系統，車輛采用車載蓄電池供電，僅在綜合車場及正線彩虹湖公園東站設置成套充電裝置向車輛蓄電池充電，正線無牽引變電所及接觸網。

由于此工程車輛充電主要在綜合車場進行，正線車站規模小，動力照明負荷小，從減少工程投資角度出發，采用分散式供電方案。經調查周圍城市電網具備向本工程提供 0.4kV 和 10kV 外部電源的條件，經過比選，鑒于 0.4kV 方案涉及城市電網的大量協調、改造，加之工程工期緊張，最終確定外部電源供電電壓等級采用 10kV 。

基于以上外部電源方案，共設置3處電源開閉所，分別位于綜合車場以及正線2個車站，綜合車場開閉所引入兩回 10kV 進線電源，2個車站開閉所各引入一回 10kV 進線電源，中壓環網采用 10kV 電壓等級，并分為4個供電分區。

根據線路及行車組織相關資料，全線降壓變電所布置方案如下。

方案一：正線車站主體建筑內設置1座降壓變電所向本車站的動力照明重要負荷及一般負荷供電。基于此原則，此方案正線共計設置30座降壓變電所。

方案二：正線車站用電負荷較小，在 0.4kV 供電半徑不大于 450m 的2個車站，在區間里程中心位置設置一座區間箱式降壓變電所，承擔其兩側車站的動力照明重要負荷及一般負荷。基于以上原則，全線可設置7座相鄰車站共用的區間降壓變電所，正線共計設置23座降壓變電所（含車站降壓所及區間降壓所）。由于預裝式箱式變電所具有占地面積小等優勢，區間箱體變電所可設在線路橋梁下方，置于橋墩之間或路邊綠化帶內。

方案一與方案二均滿足 0.4kV 用電需求，按照以往類似導軌式膠輪系統建設經驗，區間箱體變電所與車站房建變電所相比，兩方案投資差異見表5。

車站房建變電所在可靠性、使用壽命、受制約性和運營維護便利性方面優于箱式變電所，而區間預裝式箱體變電所在施工周期、冗余性方面優于車站房建變電所。結合線路資料，采用方案一時正線需設置30座車站房建降壓變電所，而采用方案二時正線降壓變電所降至23座，方案二較方案一可節省投資約1099萬元。

針對低運量軌道交通工程，國家政策以及建設單位對其造價指標控制更加嚴格，經濟性是方案對比中的關鍵考量因素，從投資節約角度出發，通過引入區間箱式變電所實現多車站供配電資源共享，可有效減少全線變電所數量，降低全線工程造價，并實現全線變電所更均勻的布局，構建更加經濟節約又科學合理的供電網絡。

4結束語

隨著箱式變電站技術的日益成熟，其應用范圍和行業領域也逐漸拓寬。相較于傳統的房建式變電所，箱式變電站憑借其占地面積小、施工周期短等優勢，在中低運量軌道交通工程中展現出更大的潛力。這類工程通常對車站規模有嚴格控制，地面空間受限，且造價經濟指標更為緊張，因此箱式變電所的應用更加靈活，并能有效降低工程投資。然而，箱式變電所在實際運用中也存在一些挑戰，例如在火災救援方面，箱式變電站通常采用全密封且無人值守的設計，盡管配備了遠程火災報警系統，但是當箱體內發生火災時，相較于設置在車站內有人值守的房建變電所，較不利于人員迅速至現場進行火災的撲救，因此可以考慮設計自動滅火系統，但這會相應增加制造成本。同時，由于箱式變電站獨立于車站在路邊或路中設置，尤其當其設置于道路中間綠化帶時，有一定被道路車輛碰撞風險。

因此，在選擇各軌道交通線路的變電所方案時，必須充分考慮線路實際情況，綜合權衡各種因素，以選擇最符合工程特點的方案。

參考文獻：

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