地鐵工程變配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

摘 要：地鐵工程變配電系統(tǒng)的主要功能是滿足除電動列車以外所有負(fù)荷的電能供應(yīng)要求，因此該系統(tǒng)是在地鐵的正常運(yùn)營過程中扮演舉足輕重的角色。隨著國家“十三五”規(guī)劃的不斷實(shí)施推進(jìn)，在社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的前提下，地鐵變配電系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)研究對緩解交通壓力有著非常重要的意義。文章對地鐵工程變配電系統(tǒng)的負(fù)荷計(jì)算、總體配電方案、動力配電及照明配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究分析。

關(guān)鍵詞：地鐵變配電；工程設(shè)計(jì)；負(fù)荷計(jì)算；動力配電；照明配電

1 地鐵變配電系統(tǒng)的重要性

地鐵是在地下運(yùn)行的城市軌道交通系統(tǒng)，是我國大型城市公共交通的重點(diǎn)發(fā)展方向，其原因是地上的路面情況和全天的天氣因素對地鐵運(yùn)行不會造成影響，所以地鐵的運(yùn)行才能按照當(dāng)初的設(shè)計(jì)目標(biāo)照常行進(jìn)，能將乘客安全、舒適，快速地送往目的地。同時(shí)地鐵的載客量大，時(shí)效性強(qiáng)，對環(huán)境的污染程度比較低，能夠響應(yīng)目前國家高環(huán)保政策要求，滿足現(xiàn)代城市發(fā)展的需求。供電系統(tǒng)的可靠性是地鐵安全運(yùn)營的重要保障和前提，根據(jù)用電性質(zhì)的不同，將供電系統(tǒng)分為以牽引變電所為主的牽引供電系統(tǒng)和以降壓變電所為主的變配電系統(tǒng)兩種。

地鐵的運(yùn)輸組織、功能實(shí)現(xiàn)、安全可靠都應(yīng)一一按照軌道交通的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。地鐵的運(yùn)行工作是工作環(huán)境復(fù)雜，專業(yè)配合較多，多種工種交叉作業(yè)配合的工作，在以安全可靠行車為首要目標(biāo)而形成的聯(lián)動有序、效率性極強(qiáng)的交通系統(tǒng)?？煽堪踩淖兣潆娤到y(tǒng)是安全可靠行車的一個(gè)重要保障。

2 地鐵變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)

與一般的民用建筑電氣相比，地鐵的配電系統(tǒng)有著獨(dú)特的特征。

地鐵負(fù)荷計(jì)算的單位容量指標(biāo)和需要系數(shù)目前在行業(yè)內(nèi)沒有具體明確的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際設(shè)計(jì)過程中通常需參考其它民用建筑的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來確定。對于負(fù)荷計(jì)算的準(zhǔn)確性，必定成為地鐵變配電系統(tǒng)科學(xué)可行性設(shè)計(jì)研究的前最基本提條件，因此，對于負(fù)荷計(jì)算儼然成為變配電系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)過程中遇到的首要問題，也是主要問題。

對于在供電過程中，通常采用兩臺至四臺變壓器來供應(yīng)一座地鐵站，變壓器的單臺容量一般在500-1600kVA之間。地鐵車站內(nèi)一般同時(shí)存在一、二、三級負(fù)荷，這大大增加了供電工作的復(fù)雜難易程度。因此，在地鐵變配電系統(tǒng)中無論是高低壓一次還是在二次接線中，都需要做更進(jìn)一步的探索，從更多的實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，使設(shè)計(jì)理論更為可靠實(shí)用。

對于動力負(fù)荷，不僅僅是由水泵、風(fēng)機(jī)和電梯組成，而且還有如空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)等系統(tǒng)一并合成，共同作用協(xié)調(diào)。對于控制系統(tǒng)而言，其形式比較多樣化，有就地控制、遠(yuǎn)程集控、按程序起停的BAS系統(tǒng)自動控制、火警信號控制及連鎖等方式；而對于起動的方法則有降壓起動、直接起動和軟起動，但是對于水泵的能耗、風(fēng)機(jī)的能耗及空調(diào)系統(tǒng)的能耗需要自動調(diào)節(jié)完成。

地鐵的照明工藝要求必須以滿足實(shí)用為根本，結(jié)合故障期間的維修的方便可行性，并應(yīng)根據(jù)不同功能場合要求和建筑的形式相協(xié)調(diào)配合。而在照明亮度上要以滿足我國基本情況的前提下盡可能與國際接軌；照明亮度要求比較高，而對于照明質(zhì)量的要求當(dāng)根據(jù)用途區(qū)別選擇；在燈具的結(jié)構(gòu)形狀上，要與既有結(jié)構(gòu)的裝修相協(xié)調(diào)，又要達(dá)到節(jié)能的效果。

由以上分析可知，地鐵工程變配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是負(fù)責(zé)、繁雜的工作，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括負(fù)荷計(jì)算、總體配電方案設(shè)計(jì)、動力配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和照明配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3 地鐵變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

3.1 負(fù)荷計(jì)算

地鐵的負(fù)荷，所指的不是所有用電設(shè)備總負(fù)荷合計(jì)，因?yàn)樗泻碾娫O(shè)備同時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行的可能性非常小，而且每臺設(shè)備的功率因數(shù)也并不是都相同的，所以在地鐵的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，要求設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算出用電設(shè)備的等效負(fù)荷。而通過一系列計(jì)算出的負(fù)荷功率或負(fù)荷電流就是計(jì)算負(fù)荷。通常情況下取三十分鐘的時(shí)間間隔內(nèi)負(fù)荷最大平均值作為計(jì)算負(fù)荷，它是確定供電容量、電氣設(shè)備、線纜材質(zhì)規(guī)格、無功補(bǔ)償、線路壓降的依據(jù)。

值得注意的是計(jì)算負(fù)荷的取值一定要適當(dāng)，當(dāng)計(jì)算負(fù)荷過小，會造成變壓器和線路發(fā)熱，絕緣的損壞時(shí)間會過快，并且能量的消耗也會增加，更有甚者會造成一定線路過熱引起的著火，從而釀成重大安全事故。相反，計(jì)算負(fù)荷過大，就會造成變壓器容量過剩，線路得橫截面增大，開關(guān)整定電流過高，從而增加造成建設(shè)成本增加。因此，地鐵工程變配電系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算關(guān)系地鐵安全穩(wěn)定運(yùn)行，務(wù)必正確合理。

3.2 總體配電方案

地鐵用電負(fù)荷根據(jù)其功能效果各異一般分為兩種形式，一種是牽引電力，是供電動機(jī)車運(yùn)行所需要的；第二種是動力照明用電，一般情況下是供車站內(nèi)、站與站得區(qū)間、車輛段以及控制中心等建筑物所需要。地鐵的供電系統(tǒng)是提供地鐵正常運(yùn)行所需電能的傳輸與供應(yīng)的設(shè)備系統(tǒng)，是保證地鐵能安全、可靠運(yùn)行得基本前提條件。地鐵工程的外部電源通常采用城市電網(wǎng)，其共有三種供電方式，分別是集中式、分散式和混合式供電方式。

地鐵工程中使用的降壓變電有一所式，一主所一輔所式，一所一室式此三形式。第一種形式是車站只設(shè)一個(gè)降壓變電所；第二種形式是在車站內(nèi)的一端安設(shè)一座以降壓為主變電所，在另一端設(shè)置一座以輔助跟隨降壓的變電所；第三種形式是在車站得兩端分別設(shè)計(jì)一座降壓變電所和一座低壓的配電室。

3.3 動力配電系統(tǒng)

地鐵內(nèi)用電設(shè)備有站內(nèi)的電機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等，這些都是使用380/220V交流電源的設(shè)備。

地鐵中的通信、信號、BAS、FAS、AFC、消防、電梯及變電所自用電等重要負(fù)荷與風(fēng)機(jī)、水泵、冷水機(jī)組等設(shè)備均采用由降壓變電所直接供電的放射式配電方式，除上面列舉的機(jī)械設(shè)備以外，只有在設(shè)備大小檢修時(shí)使用的電源是平時(shí)不多用的二級負(fù)荷或三級負(fù)荷，并且檢修時(shí)所用的供電方式是樹干式供電。由上可以看出在地鐵的動力配電設(shè)計(jì)過程中，最主要采用的是放射方式，樹干式的配電原則在一定程度上是起輔助作用，這樣才可保證地鐵設(shè)備故障出現(xiàn)頻率最低，發(fā)生的可能性最小，從而保障地鐵運(yùn)行時(shí)供電的可靠性。

3.4 照明配電系統(tǒng)

地鐵照明較之于地面建筑相比較，沒有天然采光是地鐵內(nèi)部照明最大的特點(diǎn)，所以照明主要采用人工照明。并且站廳層和站臺層的功能性質(zhì)差異巨大，站廳層是一個(gè)過渡的地區(qū)，人們在這里買票，然后選擇去到哪個(gè)站臺；站臺層是一個(gè)候車乘車的地方。站廳更突出空間的導(dǎo)向性，如何讓大家定位和具有方向性，同時(shí)是人們進(jìn)入地鐵的第一站，是一個(gè)門戶。所以，對站廳層的設(shè)計(jì)要求很高，也是一個(gè)非常不好處理的地方，一方面站廳既要與站臺有聯(lián)系，給人們一個(gè)很的導(dǎo)向性，另一方面又要突出自己的功能，給進(jìn)入地鐵的乘客一個(gè)良好印象。所以在地鐵照明設(shè)計(jì)的過程中光源、燈具及照明控制方式的選用必須要科學(xué)合理，這樣才能提高照明質(zhì)量，達(dá)到節(jié)能的效果。

4 結(jié)束語

文章針對地鐵變配電系統(tǒng)的特點(diǎn)，分析研究了地鐵變配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心關(guān)鍵點(diǎn)，對于地鐵變配電的負(fù)荷計(jì)算、總體配電方案、動力配電和照明系統(tǒng)等四個(gè)方面的工程設(shè)計(jì)問題進(jìn)行分析研究，為今后在地鐵變配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中提供堅(jiān)實(shí)可靠理論基礎(chǔ)。在“十三五”規(guī)劃推進(jìn)中，加快全國范圍內(nèi)各大城市的延伸工程項(xiàng)目開發(fā)進(jìn)程，在設(shè)計(jì)科研工作者的更深層次的探索研究下，設(shè)計(jì)理念及設(shè)計(jì)方案一定越來越先進(jìn)和科學(xué)可行的。

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