超长地铁车站低压配电方案探讨

超长地铁车站低压配电方案探讨
发表时间：2018-07-16T11:05:32.030Z 来源：《基层建设》2018年第16期作者：王石凌
[导读] 摘要：随着城市轨道交通网络化快速发展，线网中各线路的配线模式越来越复杂，设渡线、折返线的车站越来越多，这些车站通常都比常规200m左右的标准站长很多，如何合理进行这种超长车站的低压配电方案设计，既能满足供电可靠性要求，又经济技术合理且运营灵活方便，已成为轨道交通建设值得研究的重要课题。

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摘要：随着城市轨道交通网络化快速发展，线网中各线路的配线模式越来越复杂，设渡线、折返线的车站越来越多，这些车站通常都比常规200m左右的标准站长很多，如何合理进行这种超长车站的低压配电方案设计，既能满足供电可靠性要求，又经济技术合理且运营灵活方便，已成为轨道交通建设值得研究的重要课题。

关键词：地铁车站；低配电；方案探讨
一、车站概况及用电负荷分布
为了方案研究的通用性和代表性，笔者结合某市某区轨道交通工程某站对各种配电方案进行分析对比。

该车站为地下两层岛式车站，地下一层为站厅层，地下二层为站台层。

车站总长349m，宽21.1m，站后带折返线，车站左侧为设备大端（重负荷端），右侧为设备小端（轻负荷端）。

受折返线影响，变配电所设备房屋均设置在站厅层。

车站平面布置图如图1、图2所示。

车站的用电负荷主要分布在车站两端设备区内，车站各级低压用电负荷情况如表1所示。

二、车站低压配电方案
结合本站的建筑特点，并根据车站用电负荷的分布情况，提出4种低压配电方案。

1）降压所直接供电方案（方案1）在车站左端（重负荷端）设置1座降压变电所，为车站左、右两端用电设备提供电源。

此方案低压主接线系统如图3所示。

2）降压所+跟随所供电方案（方案2）在车站左端（重负荷端）设置1座降压变电所，为车站左端的用电设备提供电源；在车站右端（轻负荷端）设置1座跟随式降压变电所，为车站右端的用电设备提供电源。

此方案低压主接线系统如图4所示。

3）降压所+低压配电室供电（方案3）
在车站左端（重负荷端）设置1座降压变电所，为车站左端的用电设备提供电源；在车站右端（轻负荷端）设置1个低压配电室，为车
站右端的用电设备提供电源，低压配电室的电源引自车站左端的降压变电所。

此方案低压主接线系统如图5所示。

4）降压所+低压配电室供电（方案4）
在车站左端（重负荷端）设置1座降压变电所，为车站左端的用电设备和车站右端的通风空调设备提供电源；在车站右端（轻负荷端）设置1个低压配电室，为车站右端除通风空调设备外的其他用电设备提供电源，低压配电室的电源引自车站左端的降压变电所。

此方案低压主接线系统如图6所示。

图6 降压所+低压配电室供电方案低压主接线系统简图（Ⅱ）
三、车站低压配电方案的技术经济比较
结合车站平面布置情况，对4种低压配电方案进行以下技术经济比较。

1）电缆馈出回路及数量
4种方案的电缆馈出回路及数量如表2所示。

通过比较分析，方案1的电缆馈出数量及穿越公共区的数量庞大，方案2~4均有大量减少。

由于地铁车站风管、水管及其他各专业的管线密集，因此，方案2~4相对于方案1在一定程度上减轻了综合管线压力，解决了电缆拥挤的问题。

2）供电质量及可靠性
方案1中车站右端用电设备的电源均引自车站左端降压变电所，供电距离约为250m，为保障线路电压损失在规定的范围内，必须增大导线截面。

同时，由于馈出线缆数量庞大，出现故障的几率增大，因此，方案1供电质量及可靠性一般。

方案2中跟随所电源引自35kV高压开关柜，从根本上解决了低压供电的压损问题，其供电质量及可靠性较好。

方案3和方案4中车站右端低压配电室的电源引自车站左端降压变电所，线路电缆电压损失的问题仍然存在，但由于在车站右端设置了干线电缆，因此供电可靠性较好。

3）工程投资
4种方案的工程投资费用如表3所示。

综合对比各方案的土建投资与供电系统投资，方案1的投资最高，方案2和方案4次之，方案3的投资最低。

因此，在工程投资方面，方案3优势明显。

表3 各方案工程投资比较
4）运维费用
低压配电系统的运维费用主要为维护费用和系统损耗（包括线路损耗和变压器损耗）：
a.运营维护方面：设置跟随所和低压配电室后，低压开关柜馈出回路和电缆馈出数量明显减少，故障发生时，能迅速找出故障回路并进行排除维护，节省了运营维护的时间。

方案2~4在维护工作的便利性上更具优势。

b.系统损耗方面：各方案运营期间年损耗情况如表4所示。

综合对比变压器及增加的高/低压线路部分运营期间的年损耗情况，方案2的年运营损耗最多，方案1和方案4次之，方案3的年运营损耗最少。

因此，在年运营损耗方面，方案3优势明显。

表4 各方案运营期间年损耗情况
四、低压配电监控系统方案的设置
1、单独分散组网方案
相比一般的车站，低压配电监控系统包括若干个电力数据采集器，该电力数据采集器包括：电流互感器、电压互感器、谐波采集器和开关状态采集器，用于采集电力监控数据。

能源管理系统由多个分布在车站内的能耗数据采集器组成，用于采集能耗数据。

电气火灾监测系统包括若干个分布在低压柜或配电箱内的探测器，探测器包括剩余电流式电气火灾探测器、高低压蓝牙温度探测器和线型光纤感温火灾探测器，用于探测电气火灾的状况。

低压配电监控系统和能源管理系统的监控组网方案与之类似。

这样的监控系统单独分散组网方案特点是：（1）各系统单独组网，数据传输网络和后台主机都独立设置，总投资高；（2）后台主机设置于控制室内，每个系统都是独立的主机，占地面积大；（3）各系统为多个厂商的设备，控制室日常需关注多套系统终端，很不方便；（4）各系统独立运行，总体的可靠性较高；（5）由于测控终端重复设置，造成成套配电设备内部元器件拥挤，散热不良，相互干扰，配线复杂，易造成故障。

2、综合集成组网方案
2.1末端测控层共享分析
能源管理系统、低压配电监控系统、电气火灾监控系统这3个系统所需采集的数据及末端测控设备配置。

能源管理系统、低压配电监控系统的测控层采集的数据和测控设备为重复设置，是可以进行合并共享的；而电气火灾监控系统由于采集数据及测控设备与其他两个系统都不一致，需单独设置。

2.2数据传输层共享分析
地铁车站的降压变电所一般有150个进出线回路，根据对进线、馈线不同的监控要求，低压配电监控系统共计采集约1225点，能源管理系统共计采集约600点（可以与低压配电监控系统点数共享），电气火灾监控系统共计采集约450点，共计需采集约1675点。

一个车站变电所组建一个低压配电集成监控系统，系统中的几个子系统通过一个局域以太网连接起来。

在实际运营过程中，局域网的带宽主要考虑极限情况下，一个变电所故障，变电所范围内所有监控点每0.5s与系统交换1次数据的能力。

地铁车站变电所的总点数约为1675点，在极限情况下，1675点均在0.5s内同时发生变化，每个点均是在一个独立的以太网帧中传输，故此时每秒的数据量为1675×2=3350包。

由于工程的数据基本为设备状态和模拟量，占用字节数不大，故暂按经验值每帧100个字节计算，则变电所故障时的网络通道开销为8×100×3350=2680000包=2.68Mb。

此时局域网实际数据占用的带宽约为2.68Mbps，考虑局域网负荷率最大按30%，因此局域网最大所需带宽约为8.93Mbps。

考虑后期业务拓展，建议局域网的带宽为100Mbps。

2.3后台管理层共享分析
根据以上对末端测控层和数据传输层的分析，能源管理系统、低压配电监控系统、电气火灾监控系统这3个系统总共的信息采集点数的量级为不足2000个，局域网为百兆带宽以太网，以数据处理量和网络状态来看，后台管理层的工作站和服务器按不小于CPU主频2.4GHz，内存2GB，硬盘500G配置即可满足多系统集成的数据存贮、检索分析等功能要求和任务。

以目前网络和数据处理软硬件的运算水平来说，集成系统是一个数据体量及任务不大的系统，一般的监控软件能够胜任。

结束语
随着我国城市轨道交通网络的迅猛发展，超长车站的具体型式也日益复杂，车站规模的大小、实际供电距离的长短以及车站综合管线的空间限制等因素，均影响车站低压配电的具体方案，文中所列4种方案均能满足配电功能要求，但在实际工程设计中采用哪种方案，需要结合工程特点因地制宜，在满足供电要求的前提下，通过技术经济综合分析比较，确定性价比最优方案。

参考文献：
［1］北京城建设计研究总院有限责任公司，中国地铁工程咨询有限责任公司.GB50157-2013地铁设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2014.
［2］中国联合工程公司.GB50052-2009供配电系统设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2010.。