大型鐵路客站電力安全供電技術(shù)

■ 秦嶺

大型鐵路客站電力安全供電技術(shù)

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根據(jù)新時(shí)期鐵路客站建設(shè)的“五性”原則要求，鐵路客站定位從單一的客運(yùn)作業(yè)場(chǎng)所和“城市大門”向多元開放的“綜合交通換乘樞紐”轉(zhuǎn)化，并與所在城市或區(qū)域的交通規(guī)劃融為一體。大型鐵路客站功能復(fù)雜，地鐵、公交、長(zhǎng)途客車等多種交通被引入站房或站區(qū)，并且具有24小時(shí)運(yùn)營的特點(diǎn)。因此，鐵路客站尤其是大型鐵路客站，對(duì)供電安全性的需求一般高于機(jī)場(chǎng)等交通建筑或體育場(chǎng)館等公共建筑。研究大型鐵路客站供電安全的影響因素，確定其安全供電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)十分必要。

1 大型鐵路客站防災(zāi)設(shè)計(jì)存在的問題

1.1 備用電源不能滿足長(zhǎng)時(shí)間供電要求

大型鐵路客站一級(jí)負(fù)荷多，通常情況下均引入兩路可靠獨(dú)立電源。為滿足特別重要一級(jí)負(fù)荷的供電要求時(shí)，通常采用EPS和UPS作為備用電源。選擇備用電源供電時(shí)間，一般只考慮在火災(zāi)工況下，滿足消防和人員疏散需要，通常不超過90min。

2008年1月中旬的雨雪冰凍災(zāi)害，使南方部分地區(qū)電網(wǎng)垮塌，鐵路供電中斷。備用電源不能滿足長(zhǎng)時(shí)間供電要求，鐵路沿線車站不得不臨時(shí)調(diào)集柴油發(fā)電機(jī)，為與行車指揮、客運(yùn)專線鐵路運(yùn)營管理密切相關(guān)的通信、信號(hào)、綜合調(diào)度系統(tǒng)等主要設(shè)備供電。

1.2 電源線路不能滿足災(zāi)害天氣下安全供電要求

大型鐵路客站通常情況下均引入兩路可靠獨(dú)立電源，其電源線多為架空與電纜混合敷設(shè)方式，受冰雪及地質(zhì)災(zāi)害影響較大，不能滿足災(zāi)害天氣下安全供電的要求。

在2008年1月中旬的雨雪冰凍災(zāi)害中，地方各類電壓等級(jí)的電力架空線路由于嚴(yán)重覆冰，桿塔傾覆、電力導(dǎo)線斷線等，造成與其交叉或鄰近的鐵路配電所電源線、10kV貫通線等鐵路電力線路倒桿、斷線，并引起短路、接地或斷路故障而斷電。嚴(yán)重覆冰的樹木傾覆，侵入鐵路配電所電源線、10kV自閉貫通線等，造成鐵路電力線路倒桿、斷線，并引起短路、接地或斷路故障而斷電。由于地方電網(wǎng)因?yàn)?zāi)故障，引起鐵路電源線停電，造成鐵路配電所、變電所斷電。

1.3 防雷接地措施實(shí)施困難

大型鐵路客站功能越來越完善，體量也越來越龐大，為使旅客在通透舒適的環(huán)境候車和乘車，大跨距結(jié)構(gòu)層出不窮。同時(shí)，站房建筑美觀越來越受重視。由此引起防雷引下線間距不能滿足規(guī)范要求及屋面避雷帶設(shè)置困難等一系列問題。大型站房建設(shè)中所涉及的建筑物防雷接地問題是關(guān)系到人員設(shè)備安全，保證車站全天候安全運(yùn)行的重大問題。

以武漢站為例，武漢站主體鋼結(jié)構(gòu)最大跨距達(dá)116m，地面層主體結(jié)構(gòu)南北向柱距最小為22m，最大為48m，大部分柱距為36m；東西向柱距平均為21.5m。如利用建筑物柱內(nèi)鋼筋作為引下線，則其間距不能滿足《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-94）第二類防雷建筑物的標(biāo)準(zhǔn)。為滿足該規(guī)范要求而增加引下線數(shù)量，則需額外增加多余的結(jié)構(gòu)，影響建筑物流線及其美觀。同時(shí)，武漢站屋面為金屬屋面與非金屬屋面間隔布置，按常規(guī)設(shè)計(jì)需在高于金屬屋面的非金屬屋面部分單獨(dú)設(shè)置避雷針或避雷帶，否則對(duì)建筑造型有較大破壞；地鐵在站房地下層橫向穿過，帶來迷流問題。

1.4 大部分無電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

根據(jù)公安部消防局提供的《中國火災(zāi)統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)顯示：2008年電氣火災(zāi)事故居全部火災(zāi)事故首位，且所占比重有上升趨勢(shì)，由電氣火災(zāi)造成的損失也尤為慘重。目前，我國尚沒有關(guān)于電氣防火專門的行政法規(guī)，而許多發(fā)達(dá)國家都制定了電氣安全規(guī)范和電氣法規(guī)。

近期修訂出臺(tái)的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50045-2005）和《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016-2006）具有相應(yīng)的條文，規(guī)定了一些重要場(chǎng)所設(shè)置漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，從技術(shù)措施上預(yù)防和控制電氣火災(zāi)事故發(fā)生。正在修訂的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的工程應(yīng)用要求正在逐步細(xì)化，如《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》。由于上述規(guī)范均為近期內(nèi)修訂出臺(tái)，現(xiàn)有大型鐵路客站多數(shù)執(zhí)行舊版規(guī)范，大部分未安裝電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，無法對(duì)存在的電氣安全隱患進(jìn)行探測(cè)和預(yù)防。

2 大型鐵路客站安全供電技術(shù)措施

2.1 供電方案

（1）外部電源選擇。大型鐵路客站外部電源采用兩路獨(dú)立電源，有條件時(shí)引入第三路獨(dú)立電源。應(yīng)急照明、消防水泵、噴淋泵、消防電梯、排煙風(fēng)機(jī)、消防控制室等消防用電，以及通信、信號(hào)、信息、BAS、FAS控制中心等重要負(fù)荷配電均采用雙電源末端切換。

（2）電源線路選擇。至少一路電源線路按電纜線路設(shè)計(jì)，其截面一般按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇，主要按電壓損失校核，同時(shí)需考慮客站及鐵路周邊負(fù)荷的發(fā)展預(yù)留，以及滿足供電行業(yè)管理部門對(duì)末端用戶電源線路的統(tǒng)一要求。

（3）備用電源選擇。大型站房采用發(fā)電機(jī)組與蓄電池組相結(jié)合的備用電源方式，對(duì)相對(duì)集中的消防設(shè)備等負(fù)荷由發(fā)電機(jī)組提供備用電源，對(duì)相對(duì)分散的安全、應(yīng)急照明采用經(jīng)兩路電源切換后的EPS供電，對(duì)通信、信號(hào)、信息等計(jì)算機(jī)設(shè)備則采用經(jīng)兩路電源切換后的UPS供電。

（4）備用電源容量。備用電源容量根據(jù)站房特別重要設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算確定。為充分發(fā)揮柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源的優(yōu)點(diǎn)，克服蓄電池組作為備用電源受電池工作時(shí)間限制的缺點(diǎn)，在具體的設(shè)計(jì)中，宜將EPS，UPS，供電回路接到柴油發(fā)電機(jī)組母線上。

2.2 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置方案

根據(jù)不同站房的防火保護(hù)等級(jí)確定不同的設(shè)置方案。

一級(jí)保護(hù)對(duì)象（建筑高度超過50m或24m以上部分的任一樓層的建筑面積超過1000m2的站房及所有地下車站）設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)要求：照明總配電箱（地下車庫除外）進(jìn)線處應(yīng)設(shè)置電氣火災(zāi)探測(cè)器；站房?jī)?nèi)人員密集場(chǎng)所配電箱進(jìn)線處應(yīng)設(shè)置電氣火災(zāi)探測(cè)器；站房?jī)?nèi)的地下商店（場(chǎng)）的配電箱進(jìn)線處應(yīng)設(shè)置電氣火災(zāi)探測(cè)器。

二級(jí)保護(hù)對(duì)象（建筑高度不超過24m，設(shè)有空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的或每層建筑面積大于2000m2、但不超過3000m2的站房）設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)要求：照明總配電箱（地下車庫除外）進(jìn)線處宜設(shè)置電氣火災(zāi)探測(cè)器；站房?jī)?nèi)人員密集場(chǎng)所配電箱進(jìn)線處宜設(shè)置電氣火災(zāi)探測(cè)器；站房?jī)?nèi)的地下商店（場(chǎng)）的配電箱進(jìn)線處宜設(shè)置電氣火災(zāi)探測(cè)器。

另外，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)應(yīng)設(shè)在消防控制室或有人值班的場(chǎng)所，應(yīng)僅作用于報(bào)警，并可自成系統(tǒng)；當(dāng)并入火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)采用獨(dú)立顯示器。選用的剩余電流探測(cè)器額定剩余報(bào)警電流，應(yīng)不小于被保護(hù)電氣線路和設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)泄漏電流最大值的2倍，且不大于1000 mA。

2.3 防雷接地方案

分析計(jì)算：雷擊車站架構(gòu)時(shí)，雷電流分布給站內(nèi)設(shè)備帶來的影響；各樓層接觸電勢(shì)與跨步電勢(shì)的大小，對(duì)人身設(shè)備安全的危害程度。針對(duì)各車站具體實(shí)際，建立客站接地模型，計(jì)算客站接地網(wǎng)的等效電阻、跨步電勢(shì)、接觸電勢(shì)、地表電位分布，從而得出當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)上出現(xiàn)雷電流時(shí)，對(duì)站房帶來的影響。根據(jù)上述分析計(jì)算，確定站房防雷接地措施是否滿足要求。

對(duì)于客站中地鐵站的雜散電流防治，可采取安裝絕緣墊，使用絕緣扣件等減小雜散電流外泄的措施以及對(duì)雜散電流影響嚴(yán)重部位采取陰極保護(hù)的方法來進(jìn)行綜合治理。

站房跨度較大，使其電磁屏蔽效果減弱，因此，應(yīng)采取隔離、鉗位、均壓、濾波、屏蔽、過壓、過流保護(hù)、接地等措施，在入侵通道上將雷電過電壓、電流瀉放入地，以加強(qiáng)建筑內(nèi)弱電設(shè)備的電磁保護(hù)。

以武漢站為例，說明防雷接地方案研究及確定的主要內(nèi)容和方法。

（1）主要內(nèi)容。結(jié)合不同車站建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)相關(guān)防雷標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，大型站房利用結(jié)構(gòu)鋼筋作為防雷接地引下線時(shí)，跨度不滿足規(guī)范要求，可能對(duì)屋面下的電氣設(shè)備及地面人員的跨步電勢(shì)與接觸電勢(shì)帶來影響。影響程度如何，需要通過仿真計(jì)算得出結(jié)論。

對(duì)大型站房建筑屋面使用非金屬材料，上方不安裝接閃器或金屬防雷網(wǎng)格的可行性進(jìn)行研究，通過實(shí)驗(yàn)室的縮比例雷擊放電試驗(yàn)，求取非金屬屋面落雷密度分布和可接受的雷擊次數(shù)，提出是否可行結(jié)論。

通過對(duì)大型站房綜合地網(wǎng)的網(wǎng)格分布設(shè)計(jì)計(jì)算，提出滿足跨步電勢(shì)和接觸電勢(shì)的最低要求。重點(diǎn)研究當(dāng)站房地網(wǎng)或直流地網(wǎng)上出現(xiàn)雷電流時(shí)對(duì)站房的影響。解決站房綜合接地與地鐵站接地系統(tǒng)配合等問題。

（2）主要研究方法。為分析雷擊建筑物時(shí)，雷電流在建筑物上產(chǎn)生的接觸電勢(shì)、跨步電勢(shì)及其內(nèi)部電磁環(huán)境對(duì)弱電設(shè)備產(chǎn)生的影響，國內(nèi)外主要采用電磁暫態(tài)計(jì)算和模擬實(shí)驗(yàn)兩種方法進(jìn)行研究，且主要研究直接雷擊時(shí)建筑物內(nèi)的暫態(tài)感應(yīng)電流和磁場(chǎng)分布。

計(jì)算方面可采用電路法進(jìn)行研究。將防雷保護(hù)系統(tǒng)按有損長(zhǎng)線處理，按準(zhǔn)靜態(tài)原則進(jìn)行分段，每段導(dǎo)體以耦合π型集總參數(shù)電路來等效，將整個(gè)防雷保護(hù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為僅含RLC元件的等效網(wǎng)絡(luò)；根據(jù)基爾霍夫定律及支路特性建立電路方程；編制計(jì)算程序求解，得到建筑物鋼筋構(gòu)架上的電流分布，再根據(jù)電流分布求解空間電磁場(chǎng)。

3 災(zāi)害條件下的應(yīng)對(duì)機(jī)制

3.1 外部電源停電情況

當(dāng)兩路外部電源均停電時(shí)，通過智能照明控制系統(tǒng)強(qiáng)啟應(yīng)急照明及疏散指示標(biāo)志，由EPS供電。廣播、售檢票等客服設(shè)施及通信設(shè)備由UPS供電。

15 s內(nèi)柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)，柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)后應(yīng)急照明及疏散指示標(biāo)志等轉(zhuǎn)由柴油發(fā)電機(jī)組供電，通過BAS系統(tǒng)切除三級(jí)負(fù)荷及部分二級(jí)負(fù)荷，柴油發(fā)電機(jī)組的容量選擇可保證部分扶梯等供電，確保車站在應(yīng)急狀態(tài)下的運(yùn)營。

運(yùn)營管理單位需建立燃油儲(chǔ)備及運(yùn)輸管理辦法，以確保在較長(zhǎng)時(shí)間停電狀況下柴油發(fā)電機(jī)組用油能及時(shí)供應(yīng)。

3.2 火災(zāi)情況

火災(zāi)時(shí)第一時(shí)間與鐵路和地方消防部門、上級(jí)主管部門電話匯報(bào)，并通過應(yīng)急廣播通知、組織旅客有序疏散到安全地帶。通過BAS系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)切除非消防電源，通過智能照明控制系統(tǒng)強(qiáng)啟應(yīng)急照明及疏散指示標(biāo)志，通過IBP盤緊急釋放閘機(jī)及常閉防火門等。由消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)啟動(dòng)消防泵組，并將公共區(qū)域廣播強(qiáng)切到消防控制中心控制。

當(dāng)兩路外部電源均停電且同時(shí)發(fā)生火災(zāi)的極端情況下，柴油發(fā)電機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)，且僅保證應(yīng)急照明及疏散指示標(biāo)志、消防泵、排煙風(fēng)機(jī)、消防電梯等消防負(fù)荷用電。

3.3 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警時(shí)，對(duì)于非重要負(fù)荷回路，可以及時(shí)停電排查故障。對(duì)于重要負(fù)荷回路，應(yīng)在24小時(shí)內(nèi)檢修天窗時(shí)間內(nèi)排查故障。

3.4 冰雪災(zāi)害

加強(qiáng)車站電源線路的巡視工作，對(duì)于可能影響線路安全（主要是架空線）的情況需及時(shí)處理，以避免線路倒塌等帶來的停電故障。

[1]GB 50057-94 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S]，2000

責(zé)任編輯王小紅

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