北京軌道交通指揮中心供電系統(tǒng)改造方案研究

席 紅

（北京城建設(shè)計研究總院，100037，北京∥高級工程師）

軌道交通指揮中心（以下簡為“軌指中心”）是軌道交通路網(wǎng)的管理中樞，它通過對各線路進(jìn)行集中調(diào)度管理，形成軌道交通統(tǒng)一指揮、集中高效、反應(yīng)迅速的綜合管理平臺。

北京軌指中心一期工程已于2008年建成，負(fù)責(zé)路網(wǎng)14條線路的指揮調(diào)度管理。隨著北京軌道交通的快速發(fā)展，軌指中心的規(guī)模已不能滿足要求，因此將二期工程的原培訓(xùn)功能轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)度指揮，再納入路網(wǎng)21條線路進(jìn)行集中調(diào)度管理。二期工程建成后，北京軌指中心將成為目前世界上規(guī)模最大、接入線路最多、智能化水平較高的軌道交通路網(wǎng)調(diào)度和指揮管理中樞。

由于二期工程與一期工程的建設(shè)要求不同，使供電系統(tǒng)發(fā)生了較大變化，并需對一期工程的供電系統(tǒng)進(jìn)行改造。本文分析了北京軌指中心二期工程建設(shè)后的供電系統(tǒng)對一期工程供電系統(tǒng)的影響，并提出供電系統(tǒng)的改造方案。

1 一期工程供電系統(tǒng)簡介

北京軌指中心為一類高層建筑，由于其功能需要，存在多條線路的電子信息機(jī)房及相應(yīng)電子用電設(shè)備。根據(jù)GB 50174—2008《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，結(jié)合路網(wǎng)指揮中心的使用性質(zhì)、管理要求及其在社會中的重要性，將各線控制中心（OCC）電源室確定為一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷。

一期工程建設(shè)時的原則是：在各條線路設(shè)置后備指揮中心，在軌指中心受到威脅及破壞等情況下，其調(diào)度指揮功能可轉(zhuǎn)入后備指揮中心。因此，論證后確定由北京城市電網(wǎng)引入2路10kV電源，采用單母線分段接線并設(shè)置分段開關(guān)，在一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷用電設(shè)備末端設(shè)置不間斷電源（UPS）作為應(yīng)急電源。

一期工程設(shè)1座變電所。該變電所也作為軌指中心原規(guī)模下的總變電所。變電所10kV系統(tǒng)為二期工程預(yù)留了4個饋出回路。所內(nèi)設(shè)6臺變壓器，其中2臺用于工藝設(shè)備及精密空調(diào)，2臺用于動力照明用電設(shè)備，2臺用于建筑物的制冷設(shè)備；同一類型的變壓器分別接入10kV的Ⅰ、Ⅱ段母線。

2 二期工程建成后的供電系統(tǒng)

二期工程建設(shè)的原則是：北京軌道交通在今后的新線建設(shè)中不再設(shè)置后備指揮中心。因此，軌道交通對軌指中心集中指揮調(diào)度的依賴性大大提高。北京軌指中心共負(fù)責(zé)多達(dá)35條線路的指揮調(diào)度管理，故二期工程對供電可靠性的要求比一期工程建設(shè)時更高。

2.1 10kV供電系統(tǒng)

經(jīng)多次論證，確定北京軌指中心整體工程在一期工程由城市電網(wǎng)引入2路10kV電源（上級是同一座變電所）的基礎(chǔ)上，由另外的城網(wǎng)變電所再引入1路10kV電源。10kV主接線型式仍為單母線分段，并將母線分為3段，每2段母線間設(shè)置1個母線分段開關(guān)。整體工程主接線圖如圖1所示。

·正常運(yùn)行時，3路電源同時投入，分段開關(guān)均處于分閘位，其中第1路和第2路電源各承載一半的負(fù)荷，第3路電源為熱備用。

·當(dāng)?shù)?路或第2路電源退出并符合分段開關(guān)的合閘條件時，相應(yīng)的分段開關(guān)自動或手動合閘，由第3路電源繼續(xù)供電。

· 當(dāng)?shù)?路和第2路電源均退出時，2個分段開關(guān)自動或手動合閘，由第3路電源繼續(xù)供電。

· 當(dāng)由城市電網(wǎng)引入的3路電源均失電時，將由應(yīng)急電源保證一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的供電。

根據(jù)工程規(guī)模，二期工程需要設(shè)置2座變電所，共設(shè)置8臺變壓器。其中，4臺用于工藝及精密空調(diào)，2臺用于動力照明設(shè)備，2臺用于制冷設(shè)備。

圖1 主接線圖

2.2 應(yīng)急電源系統(tǒng)

一期工程采用UPS作為應(yīng)急電源。為了能夠較長時間保證一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的供電，二期工程建設(shè)確定，設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組作為軌指中心整體工程的應(yīng)急電源。為避免在城市電源失電、柴油發(fā)電機(jī)組啟動過程中對一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的供電中斷，二期工程也補(bǔ)充適當(dāng)容量的UPS電源，但供電時間小于一期工程的要求。

工藝設(shè)備及精密空調(diào)變壓器所帶負(fù)荷均為一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷，全部由柴油發(fā)電機(jī)供電，并與正常電源可靠聯(lián)鎖。

動力照明變壓器中僅消防負(fù)荷由柴油發(fā)電機(jī)供電，并與正常電源可靠聯(lián)鎖。

3 改造方案研究

由于二期工程時全線整體布局大理念上的原則變化，帶來北京軌指中心整體工程供電系統(tǒng)方案發(fā)生了較大的變化，且二期工程建筑功能的改變也使得用電負(fù)荷大大提高。按照二期工程建成后的整體供電系統(tǒng)方案，一期原總變電所的接線形式、設(shè)備配置、設(shè)備布置以及為二期工程的預(yù)留條件都不能滿足要求，因此需要重新設(shè)置主、分變電所。

根據(jù)工程情況，城市電源將接入二期工程其中的1座變電所中，并作為整體工程的總變電所，一期工程原總變電所改造為分變電所。而按照北京供電的一些相關(guān)要求，分變電所的變壓器由總變電所直供，在變壓器10kV電源側(cè)設(shè)置用于檢修隔離的開關(guān)設(shè)備。因此一期工程原總變電所的既有10kV開關(guān)柜需要改造。為便于說明，將一期工程的原變電所稱為A變電所，二期工程的新總變電所稱為B變電所。

在二期工程建設(shè)中，供電方案的實施涉及到一期工程A變電所的城市電源轉(zhuǎn)接至B變電所及10 kV配電系統(tǒng)的改造。由于軌指中心一期已投入運(yùn)行，因此在改造中應(yīng)保證軌指中心的正常運(yùn)行，不允許二級負(fù)荷以上設(shè)備停電。這是改造方案的難點(diǎn)。為避免對軌指中心運(yùn)行的影響，對A變電所的改造安排在軌道交通夜間停運(yùn)的時間段進(jìn)行。

3.1 城市電源轉(zhuǎn)接及10kV分支柜改造方案

按照北京供電部門的要求，建筑物內(nèi)應(yīng)設(shè)有10 kV分界小室，作為城市電網(wǎng)與用戶的管理分界。城市電源先引入分界小室中的10kV分支柜，再引至用戶變電所。因此，城市電源引入位置由A變電所改為B變電所，在二期工程中需要設(shè)置新的分界小室。

為使二期工程建設(shè)對軌指中心一期運(yùn)行不產(chǎn)生影響，將首先建設(shè)新的分界小室和B變電所，安裝所需設(shè)備并完成調(diào)試。然后敷設(shè)新增第三路10kV城市電源電纜，經(jīng)二期10kV分支柜至B變電所10 kV開關(guān)柜；敷設(shè)一期分界小室經(jīng)二期10kV分支柜至B變電所10kV開關(guān)柜的10kV電纜，用于轉(zhuǎn)接既有2路10kV電源。

以Ⅰ段母線為例，說明既有2路10kV城市電源由A變電所改至B變電所的轉(zhuǎn)接過程：

（1）分閘A變電所Ⅰ段母線進(jìn)線開關(guān)，并禁止母線分段開關(guān)各種方式下的合閘。

（2）分閘一期10kV分支柜對應(yīng)負(fù)荷開關(guān)，斷開城市電源。

（3）拆除一期10kV分支柜至A變電所Ⅰ段的進(jìn)線電纜。以上過程完成后，即解除了A變電所Ⅰ段的城市電源。

（4）對一期10kV分支柜進(jìn)行設(shè)備利舊，連接預(yù)先敷設(shè)的、經(jīng)二期10kV分支柜至B變電所10 kV開關(guān)柜Ⅰ段母線的電源轉(zhuǎn)接電纜，完成A變電所Ⅰ段至B變電所Ⅰ段的電源轉(zhuǎn)接。

在完成Ⅰ段母線的城市電源轉(zhuǎn)換后，同理完成Ⅱ段母線的城市電源轉(zhuǎn)換。

3.2 一期工程變壓器供電的過渡方案

城市電源由A變電所改至B變電所的轉(zhuǎn)接過程中，將造成A變電所內(nèi)變壓器的失電。需采取措施，避免變壓器全部失電。

在電源轉(zhuǎn)換改造過程中，敷設(shè)B變電所至A變電所6臺變壓器的直配電纜。解除A變電所Ⅰ段的城市電源后，拆除A變電所Ⅰ段母線至變壓器電纜，由B變電所Ⅰ段引來的電纜直供變壓器。此時A變電所Ⅱ段帶一期工程的3臺變壓器，B變電所Ⅰ段帶一期工程的另外3臺變壓器。

在B變電所Ⅰ段發(fā)電前，由于A變電所Ⅱ段母線帶電，因此一期工程的工藝、動力照明和制冷設(shè)備各有1臺變壓器帶電，低壓分段開關(guān)合閘，保證二級及以上負(fù)荷的供電。在B變電所Ⅰ段發(fā)電后，母線帶電，并提供一期工程3臺變壓器的電源。此時可進(jìn)行城市電源由A變電所Ⅱ段母線改至B變電所Ⅱ段母線的轉(zhuǎn)接，并提供一期工程另外3臺變壓器的電源。至此一期工程的6臺變壓器通過過渡方案全部完成了由B變電所直配供電。

3.3 10kV開關(guān)柜改造方案

城市電源轉(zhuǎn)接完成并由B變電所承擔(dān)了一期工程6臺變壓器的供電后，A變電所的10kV開關(guān)柜已經(jīng)退出，可進(jìn)行改造。

改造后A變電所10kV側(cè)只設(shè)置用于一期工程6臺變壓器檢修的隔離開關(guān)設(shè)備。此設(shè)備可安裝于原10kV開關(guān)柜的位置，并盡可能利用既有設(shè)備。

當(dāng)A變電所10kV隔離開關(guān)設(shè)備安裝等工作完成后，利用原A變電所10kV開關(guān)柜與各變壓器連接的既有電纜，分別將10kV隔離開關(guān)設(shè)備接入各變壓器。舉例說明如下：

（1）分閘B變電所Ⅰ段母線進(jìn)線開關(guān)，并禁止母線分段開關(guān)各種方式下的合閘；

（2）將B變電所Ⅰ段母線接入的一期工程變壓器連接電纜拆除，并接至A變電所中與變壓器對應(yīng)的10kV隔離開關(guān)設(shè)備的引入端；

（3）利用原A變電所10kV開關(guān)柜與各變壓器連接的既有電纜，將10kV隔離開關(guān)設(shè)備與對應(yīng)變壓器連接。至此實現(xiàn)了3組10kV隔離開關(guān)設(shè)備的接入改造。

同理完成另外3組10kV隔離開關(guān)設(shè)備的接入改造。

3.4 低壓配電系統(tǒng)改造方案

設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組后，發(fā)電機(jī)的應(yīng)急電源需接入A變電所低壓配電系統(tǒng)構(gòu)成應(yīng)急母線，因此需對低壓配電系統(tǒng)進(jìn)行改造。

3.4.1 工藝設(shè)備低壓配電系統(tǒng)改造方案

經(jīng)仔細(xì)研究分析后確定，不一定要按傳統(tǒng)做法將發(fā)電機(jī)的進(jìn)線柜設(shè)置在電源進(jìn)線柜旁，可在原低壓柜端頭各增加1面發(fā)電機(jī)的進(jìn)線柜，發(fā)電機(jī)進(jìn)線柜通過封閉母線直接接到低壓母線上構(gòu)成應(yīng)急母線，由發(fā)電機(jī)送2路電源。這樣，既提高了供電的可靠性，也不用移動原有的變壓器及低壓柜。

在改造實施中，2段母線分別進(jìn)行，可滿足全部負(fù)荷的供電。

3.4.2 動力照明低壓配電系統(tǒng)改造方案

動力照明變壓器所供電的負(fù)荷中只有消防負(fù)荷為一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷，改造時需為其單獨(dú)設(shè)置應(yīng)急母線段。由柴油發(fā)電機(jī)引1路應(yīng)急電源接入此應(yīng)急母線。

改造需增加構(gòu)成應(yīng)急母線的切換柜，并要將幾面消防負(fù)荷的設(shè)備柜移至應(yīng)急母線段。改造方案的重點(diǎn)是在滿足應(yīng)急母線段的前提下，盡可能減少低壓柜的移位，以免影響低壓饋出回路供電。改造過程中，可根據(jù)實際需求定制過渡低壓開關(guān)柜及需要更換的新低壓柜。

在改造實施中，只有一段母線進(jìn)行改造，另一段母線帶電，可保證二級及以上負(fù)荷的供電。

3.5 改造時注意的問題

在城市電源轉(zhuǎn)換和A變電所其他配電系統(tǒng)開關(guān)柜改造的過程中，均會出現(xiàn)單電源供電的情況。應(yīng)在改造前對設(shè)備進(jìn)行全面檢查、維護(hù)，以保證改造過程中未改造部分不會因設(shè)備原因造成停電。

在城市電源轉(zhuǎn)換后而A變電所10kV開關(guān)柜改造完成前，A變電所10kV側(cè)沒有隔離斷開點(diǎn)，若變壓器出現(xiàn)問題，應(yīng)在B變電所對應(yīng)開關(guān)分閘后，加強(qiáng)監(jiān)管，確保檢修期間不會誤送電，在檢修的變壓器處，做好接地措施。

在城市電源轉(zhuǎn)換和電纜敷設(shè)等改造實施過程中，存在一定的安全隱患。應(yīng)加強(qiáng)安全教育，并嚴(yán)格執(zhí)行只在規(guī)定的設(shè)備或某一面開關(guān)柜進(jìn)行作業(yè)的規(guī)定。

改造期間一期工程的供電可靠性有所降低，應(yīng)制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，減少其他不必要的損失。

4 結(jié)語

近幾年，除北京外，杭州、重慶、武漢等城市也陸續(xù)在建設(shè)軌指中心。隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，將涌現(xiàn)越來越多的軌指中心，也會出現(xiàn)軌指中心的擴(kuò)建和改造。目前，軌指中心供電系統(tǒng)的改造還不是常規(guī)設(shè)計內(nèi)容，沒有先例可效仿。希望本文能為后續(xù)軌指中心的建設(shè)和擴(kuò)建提供參考和借鑒，并敬請同行批評指正。

［1］JGJ 16—2008民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］北京城建設(shè)計研究總院.北京市軌道交通指揮中心一期工程施工設(shè)計文件［R］.北京：北京城建設(shè)計研究總院，2005.

［3］北京城建設(shè)計研究總院.北京市軌道交通指揮中心二期工程施工設(shè)計文件［R］.北京：北京城建設(shè)計研究總院，2011.