地鐵換乘車站供配電設(shè)計(jì)探討

潘元欣

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司城市軌道交通設(shè)計(jì)研究院，北京 100055)

地鐵換乘車站供配電設(shè)計(jì)探討

潘元欣

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司城市軌道交通設(shè)計(jì)研究院，北京 100055)

以合理實(shí)現(xiàn)地鐵換乘車站供配電系統(tǒng)資源共享，降低工程投資，方便運(yùn)營管理為目標(biāo)，通過對深圳市城市軌道交通9、7、3號線工程換乘車站的土建條件、接口劃分等多角度進(jìn)行分析，對不同形式換乘站的供配電方案分別進(jìn)行探討，提出接口劃分應(yīng)充分適應(yīng)管理需求的多樣性。

地鐵；換乘車站；供配電系統(tǒng)；資源共享; 接口劃分

1 概述

地鐵換乘車站的換乘方式主要有站臺平行換乘、節(jié)點(diǎn)換乘、站廳換乘、通道換乘、站外換乘、組合換乘等幾種基本形式。供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與運(yùn)營管理模式、車站類型、建設(shè)開通時(shí)序關(guān)系密切，應(yīng)根據(jù)換乘車站特點(diǎn)與其他各專業(yè)緊密配合，具體分析統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，清晰劃分各線路間的設(shè)備的界面及接口，優(yōu)化供配電方案，最大限度實(shí)現(xiàn)資源共享。

2 換乘站資源共享原則

作為地鐵正常運(yùn)行不可或缺的重要保障，動(dòng)力照明配電系統(tǒng)如何更好地實(shí)現(xiàn)資源、空間共享減少工程投資，降低運(yùn)營成本提高經(jīng)濟(jì)效益已成為換乘車站設(shè)計(jì)的重點(diǎn)及難點(diǎn)[1-2]。資源共享需從多角度分析，不僅需要實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)、配電設(shè)備及材料共享，還應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)管理共享。對于同期建設(shè)開通的車站，在確保運(yùn)營安全、方便管理前提下盡量簡化接口，納入同一運(yùn)營主體管理的設(shè)備盡可能綜合考慮統(tǒng)一配電，實(shí)現(xiàn)電力資源共享和管理共享。分期建設(shè)車站且開通時(shí)序間隔不長的換乘站，由不同運(yùn)營主體管理的設(shè)備，應(yīng)按相應(yīng)換乘線路分別配電，以便實(shí)現(xiàn)清晰的管理界面[3]。對于遠(yuǎn)期建設(shè)的換乘站，供配電系統(tǒng)按近期最大用電負(fù)荷考慮并留有一定裕量，同時(shí)根據(jù)車站遠(yuǎn)期建設(shè)情況預(yù)留合理的配電接口和土建條件以實(shí)現(xiàn)空間共享。此外接口劃分及方案設(shè)計(jì)還需根據(jù)投資主體、建設(shè)方式、工程條件等不同因素靈活考慮，合理實(shí)現(xiàn)資源共享和管理需求。

3 工程實(shí)例分析

根據(jù)深圳市地鐵龍崗線工程(以下簡稱3號線)、深圳市城市軌道交通9號線工程(以下簡稱9號線)、7號線工程(以下簡稱7號線)不同換乘車站的建筑特點(diǎn)，以7、9號線換乘且同期實(shí)施的9號線紅嶺北站動(dòng)力照明配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)為主，對照既有3號線與新建9號線實(shí)現(xiàn)換乘的9號線紅嶺站，新建7號線車站與既有5號線換乘、與遠(yuǎn)期15號線路換乘的7號線西麗站，對換乘車站供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析、討論[4-6]。

3.1 供配電系統(tǒng)資源共享

紅嶺北站為7、9號線同期建設(shè)并開通的換乘車站，其中9號線紅嶺北站為二層側(cè)式車站，7號線紅嶺北站為三層島式車站，采用側(cè)島十字換乘形式。建筑充分利用地下、地上空間綜合開發(fā)，9號線站廳層南端和園嶺站廳層北端銜接按市政配套設(shè)計(jì)。

根據(jù)9、7號線各設(shè)備專業(yè)用電需求，由9號線紅嶺北站供配電系統(tǒng)按照一體化設(shè)計(jì)原則，完成整個(gè)車站供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營后設(shè)備的操作、維修及管理標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。配電系統(tǒng)電源來自9號線35 kV高壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)7號線系統(tǒng)設(shè)備共享9號線電力資源。根據(jù)9號線特點(diǎn)和集中供冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，紅嶺北站、紅嶺站屬于設(shè)置冷卻塔困難且相鄰區(qū)間較短的車站，紅嶺北站、紅嶺站車站冷源來自9號線園嶺站集中冷站，因此車站低壓配電系統(tǒng)不設(shè)環(huán)控三級負(fù)荷母線段[7]。紅嶺北站低壓配電主接線系統(tǒng)見圖1。在配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮市政配套范圍設(shè)備用電需求，最大限度實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)資源共享并有效地節(jié)約了冷水系統(tǒng)配電設(shè)備、材料及土建投資，同時(shí)為遠(yuǎn)期市政配套開發(fā)提供了電力保障。

紅嶺站為9號線與3號線換乘車站， 3號線紅嶺站已在2011年通車， 9號線車站北端與3號線車站東端實(shí)現(xiàn)通道換乘。

由于3號線紅嶺站地下一層西端自然形成空間市政配套范圍的工程規(guī)模不易確定，前期實(shí)施的3號線紅嶺站站內(nèi)高、低壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)均未充分考慮市政配套設(shè)施用電需求，同時(shí)受外部電源及土建條件限制，如果由9號線紅嶺站提供低壓電源，接口較多、供電半徑偏大經(jīng)濟(jì)性較差[8]，故9號線僅為換乘通道、A出入口的常規(guī)設(shè)備配電，在3號線紅嶺站市政配套范圍內(nèi)考慮設(shè)置跟隨所，電源引自9號線35 kV高壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與9號線的電力資源共享，對于已經(jīng)進(jìn)入運(yùn)營階段的車站，仍有早期市政配套設(shè)施電源問題尚未解決的車站來說，兩線之間的35 kV高壓系統(tǒng)共享不失為較理想的供配電方案。紅嶺站低壓配電主接線系統(tǒng)見圖2[9]。對于通過換乘通道條件下實(shí)現(xiàn)前期站內(nèi)預(yù)留市政配套范圍的供、配電方案設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)投資主體和建設(shè)方式的不同，充分考慮與之相關(guān)的管理方式、維護(hù)模式的多樣性和靈活性，同時(shí)兼顧前期接口劃分情況，系統(tǒng)接口劃分和設(shè)備設(shè)置均宜按后期建設(shè)的9號線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)原則執(zhí)行。投入運(yùn)營后高、低壓系統(tǒng)的控制、維護(hù)、管理宜分別由9號線、3號線車站負(fù)責(zé)，盡可能提高運(yùn)營管理的方便性和可靠性。

圖2 紅嶺站低壓配電主接線系統(tǒng)

9號線紅嶺站車站冷源同樣來自園嶺站集中冷站，車站低壓配電系統(tǒng)不設(shè)環(huán)控三級負(fù)荷母線段，在共享冷水系統(tǒng)資源的同時(shí)也有效節(jié)約了配電系統(tǒng)的設(shè)備、材料及土建投資[5，7]。

西麗站為地鐵5、7、遠(yuǎn)期15號線三線換乘車站，7、15號線為雙島四線兩層車站；5號線車站采用三層側(cè)式，車站地下一層為7、15號線站廳層與5號線站廳層預(yù)留節(jié)點(diǎn)結(jié)合，與已建成5號線三層側(cè)式站臺在地下三層實(shí)現(xiàn)臺-臺T型換乘。

圖3 西麗站低壓配電主接線系統(tǒng)

7號線西麗站配電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中除滿足車站內(nèi)設(shè)備配電需求外，根據(jù)西麗站既有與新建車站部分設(shè)備房屋合設(shè)情況，對合設(shè)在5號線車站的UPS電源、警用通信等一級負(fù)荷、車站控制室三級負(fù)荷等7號線設(shè)備仍按照7號線原則進(jìn)行配電設(shè)計(jì)，為7號線運(yùn)營維護(hù)提供清晰的設(shè)備管理界面，對遠(yuǎn)期15號線環(huán)控等設(shè)備配電合理預(yù)留土建條件實(shí)現(xiàn)空間共享。與紅嶺北站不同，西麗站設(shè)置獨(dú)立的車站冷水系統(tǒng)，冷水機(jī)組電源來自變電所三級負(fù)荷母線段，輔機(jī)電源由環(huán)控電控室三級負(fù)荷母線段引入一路電源給設(shè)備供電。西麗站低壓配電主接線系統(tǒng)見圖3[6]。

3.2 綜合接地系統(tǒng)共享

綜合接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)在保證人身安全和設(shè)備運(yùn)營安全可靠的基礎(chǔ)上，還要兼顧雜散電流腐蝕防護(hù)要求，在綜合接地安全設(shè)計(jì)與雜散電流防護(hù)設(shè)計(jì)矛盾時(shí)，優(yōu)先考慮接地安全設(shè)計(jì)。由于接地網(wǎng)設(shè)置的隱蔽性和不可逆性，運(yùn)營后不易檢查維修，因此需根據(jù)車站規(guī)模及土建條件、變電所設(shè)置位置、巖土工程勘察報(bào)告等相關(guān)資料認(rèn)真研究，采取最有利的接地網(wǎng)布置形式，滿足各設(shè)備接地要求，實(shí)現(xiàn)接地系統(tǒng)的材料共享。

根據(jù)紅嶺北站土建條件和車站設(shè)置降壓變電所和跟隨變電所及各設(shè)備房屋設(shè)置情況，在9號線南端側(cè)式站臺層及部分停車線范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)底板下設(shè)置整個(gè)車站共用接地網(wǎng)，接地裝置的接地電阻R≤0.5 Ω，滿足7、9號線所有設(shè)備專業(yè)接地需求。這種接地網(wǎng)設(shè)置方式更有利于同期建設(shè)的整個(gè)車站綜合接地系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)，最大限度地減少接地系統(tǒng)投資[10]。

9號線紅嶺站接地網(wǎng)設(shè)置除了考慮確保與既有3號線紅嶺站車站信息設(shè)備電磁兼容，實(shí)現(xiàn)跟隨所來自9號線高壓系統(tǒng)繼電保護(hù)要求外，還要考慮新建和既有車站總等電位的一致性，使整個(gè)新建和既有車站供配電系統(tǒng)故障條件下處于同一電位水平上減小人體電擊危險(xiǎn)，既有車站的接地網(wǎng)和新建車站接地網(wǎng)之間采用電纜經(jīng)換乘通道進(jìn)行連接[5，9]。

既有5號線西麗站為三層車站，接地網(wǎng)設(shè)置車站地下三層站臺層結(jié)構(gòu)底板下；新建7號線西麗站在地下二層站臺層南端、北端分別設(shè)置降壓所和跟隨所，同時(shí)在南端預(yù)留遠(yuǎn)期15號線牽引變電所，因此新建車站接地網(wǎng)設(shè)置不僅要滿足了車站所有設(shè)備專業(yè)接地需求，還需為遠(yuǎn)期機(jī)電設(shè)備預(yù)留接口，實(shí)現(xiàn)新建與遠(yuǎn)期車站機(jī)電設(shè)備對接地網(wǎng)共享，以節(jié)約投資。既有和新建車站之間的接地網(wǎng)采用電纜通過換乘節(jié)點(diǎn)連接[6]。

換乘車站供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅要實(shí)現(xiàn)供配電的可靠性，還要根據(jù)各車站的不同條件和實(shí)施情況認(rèn)真分析，各專業(yè)之間做好銜接與配合，最大限度簡化接口，有效實(shí)現(xiàn)各類資源共享[11-12]，換乘車站的供配電方案特點(diǎn)見表1。

表1 換乘車站供配電方案比較分析

4 結(jié)語

換乘車站供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)除了具備一般車站要求外，還要根據(jù)換乘車站建設(shè)開通時(shí)序、運(yùn)營管理要求、機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)不同特點(diǎn)，方案、初步設(shè)計(jì)階段需滿足車站常規(guī)設(shè)備配電的基本要求外，特別是在車站一體化設(shè)計(jì)中，與相關(guān)專業(yè)密切配合，為合理的實(shí)現(xiàn)資源共享創(chuàng)造有利條件。對于不同建設(shè)時(shí)序、電源及土建等條件下的供配電方案設(shè)計(jì)應(yīng)靈活考慮，明確接口劃分條件以適應(yīng)不同管理需求，同時(shí)也為今后降低運(yùn)營維持費(fèi)用打好基礎(chǔ)，在工程建設(shè)費(fèi)和運(yùn)營維修費(fèi)之間找到最好的平衡點(diǎn)，以期實(shí)現(xiàn)控制建設(shè)投資取得最佳經(jīng)濟(jì)效益。

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[6]中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司.深圳市地鐵7號線工程西麗站動(dòng)力照明初步設(shè)計(jì)[R].北京：中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，2013.

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Approach to Power Distribution System Design of Subway Transfer Station

PAN Yuan-xin

(Urban Rail Transit Design and Research Institute， China Railway Engineering Consulting Group Co.， Ltd.， Beijing 100055， China)

The objectives of this study are to rationally realize resource sharing in the power supply and distribution system， reduce construction investment， and facilitate operational management. Through multi-dimensional analysis of various parameters， such as civil engineering conditions and interface division， with reference to the interchange stations of Line 9， 7 and 3 in Shenzhen urban railway system， various schemes of the power supply and distribution system for subway interchange stations are explored. The interface division is expected to adequately satisfy the diverse requirements of the management.

Subway; Interchange stations; Power supply and distribution system; Resource sharing; Interface division

2014-12-31；

2015-03-12

潘元欣(1971—)，女，高級工程師，1993年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)，E-mail：panyxymx@126.com。

1004-2954(2015)09-0141-04

U231+.8

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.09.031