城市軌道交通車站物業(yè)開發(fā)的配電設計

夏璐璐 何 進

(中鐵二院華東勘察設計有限責任公司,310004,杭州∥第一作者，工程師)

城市軌道交通車站物業(yè)開發(fā)的配電設計

夏璐璐 何 進

(中鐵二院華東勘察設計有限責任公司,310004,杭州∥第一作者，工程師)

分析了城市軌道交通車站物業(yè)開發(fā)配電設計現狀,明確了設計的關鍵是物業(yè)業(yè)態(tài)(模式)及其對應的負荷計算。一般車站物業(yè)開發(fā)配電預留電源可采用獨立配置的物業(yè)跟隨式降壓變電所，也可采用0.4 kV低壓側共享方式。通過研究在低壓側共享電源時物業(yè)開發(fā)容量對變壓器容量的影響,闡明了不同業(yè)態(tài)對應的計算方法和面積劃分原則,并分析了地鐵車站物業(yè)開發(fā)配電設計需要注意的問題。

城市軌道交通; 物業(yè)開發(fā); 配電設計; 業(yè)態(tài)分析; 負荷計算

1 現狀分析

城市軌道交具有投資大、運營費用高、建設周期長、社會效益高、經濟效益差、成本回收難等特點[1-2]。目前,中國主要城市的軌道交通建設和運營基本處于虧損或是政府補貼狀態(tài)。城市軌道交通沿線和車站的物業(yè)管理是城市軌道交通運營的重要收入途徑,對實現城市軌道交通項目的經濟效益十分必要。在保證城市軌道交通車站變電所對正線功能性負荷可靠供電的前提下,合理進行車站物業(yè)開發(fā)配電設計,對于城市軌道交通的可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排有重要意義。

根據現狀調查分析,一般城市軌道交通車站物業(yè)開發(fā)配電預留電源有以下兩種方案[3-4]。

(1) 方案一:配置獨立的35 kV/0.4 kV(或10 kV/0.4 kV)物業(yè)跟隨式降壓變電所(以下簡為“獨立物業(yè)跟隨所”)。該方案優(yōu)點為:預留容量較靈活,可適應不完全穩(wěn)定的業(yè)態(tài)電源容量需求和以娛樂、餐飲類商鋪為主業(yè)態(tài)的較大電源容量需求。該方案缺點為:需占用車站變電所35 kV(或10 kV)開關柜的2面柜位,并占用物業(yè)開發(fā)區(qū)域至少120 m2有效開發(fā)面積,其土建投資較多。

(2) 方案二：采用0.4 kV低壓側共享方案。該方案優(yōu)點為:僅需占用車站變電所0.4 kV開關柜2～4面柜位,不需占用物業(yè)開發(fā)區(qū)域有效開發(fā)面積,土建投資不多。該方案缺點為:為保證正線車站功能性需求,其預留電源容量較小,需要得到準確的車站建筑、裝修及動力照明等專業(yè)耗能資料后方可進行設計預留。

城市軌道交通車站的物業(yè)開發(fā)配電設計中,不同地區(qū)，乃至不同的設計單位及業(yè)主單位,會存在不同的設計習慣和設計原則,但對各方案卻均沒有較詳細的分析和比較。因此，本文在結合已投運的多條城市軌道交通線路經驗的基礎上,對設計中存在的普遍問題和設計方案進行了分析,以期能得出較為完備合理的城市軌道交通車站物業(yè)開發(fā)配電設計方案。

2 配電設計中存在的問題

2.1 全線統(tǒng)一配置獨立物業(yè)跟隨所

有的設計為追求較大的預留容量,全線統(tǒng)一配置獨立物業(yè)跟隨所。若物業(yè)開發(fā)區(qū)域面積較小或物業(yè)開發(fā)業(yè)態(tài)需要的電源容量不大,則這種設計反而會導致物業(yè)設備用房面積進一步擴大,減少凈商鋪面積,從而造成物業(yè)開發(fā)區(qū)域過小,達不到預期物業(yè)開發(fā)效果。

2.2 采用低壓側共享方式預留容量太小

有的設計為節(jié)省土建設計費用,或因為計算方式的種種原因,即使物業(yè)開發(fā)區(qū)域面積較大(如2 000 m2以上),也仍舊采用0.4 kV低壓側共享方案。由于車站變電所首先應保證對正線功能性負荷可靠供電,故這種設計可能會導致物業(yè)開發(fā)預留容量與實際物業(yè)開發(fā)招商的需求容量有一定不匹配。

2.3 物業(yè)業(yè)態(tài)對設計方案的影響

物業(yè)業(yè)態(tài)不穩(wěn)定的城市軌道交通車站物業(yè)開發(fā),會對設計單位的設計合理性造成較大影響。設計單位需在確定方案前對物業(yè)業(yè)態(tài)進行較為詳細的了解和分析。只有這樣才能初步計算出物業(yè)開發(fā)區(qū)域負荷電源容量情況,進而進行相對準確的設計。

可見,在進行城市軌道交通車站物業(yè)開發(fā)配電設計前，確定物業(yè)業(yè)態(tài)是設計關鍵所在。

3 配電設計方案

3.1 業(yè)態(tài)分析

城市軌道交通車站物業(yè)開發(fā)形式包括利用車站站廳層富余面積開發(fā)的商鋪、交通樞紐車站的集中商業(yè)開發(fā)，以及利用帶配線車站開發(fā)的地下商業(yè)街等。相應的物業(yè)開發(fā)業(yè)態(tài)主要分為零星小商鋪、娛樂及餐飲類大型商鋪,以及混合型商鋪。根據文獻[5-7]分析,這3種物業(yè)開發(fā)業(yè)態(tài)各有特點。

(1) 零星小商鋪。多位于車站內的地下過街通道及連接通道、換乘通道等空間,開發(fā)規(guī)模較小,以報刊亭、飾品店、茶水飲料店及小型超市為主,其用電負荷容量不大。以杭州地鐵物業(yè)開發(fā)預留為例,單個商鋪面積為20～50 m2,其實際用電量一般不超過20 kW。故本文按400 W/m2來計算此類物業(yè)業(yè)態(tài)的負荷容量指標。

(2) 娛樂及餐飲類商鋪為主的大型商鋪。大型交通樞紐車站、帶配線車站和車站上蓋物業(yè)等的開發(fā)面積一般至少為上千平米。面積較大,客流密度大且流動性強,故配置以娛樂及餐飲為主的物業(yè)業(yè)態(tài),使有限的土地空間實現便民和盈利的雙重功能。以快餐類負荷為例[8],通常一處快餐店鋪面積為200～250 m2,其用電量通常為250 kW以上。故本文按1 000 W/m2來計算此類物業(yè)業(yè)態(tài)的負荷容量指標。

(3) 混合型商鋪。一般交通換乘車站或帶配線車站等區(qū)域的物業(yè)開發(fā)面積中等,可配置零星小商鋪、辦公自用房、娛樂及餐飲類商鋪的混合型物業(yè)業(yè)態(tài)。根據文獻[9],應按至少600 W/m2來計算此類物業(yè)業(yè)態(tài)的負荷容量指標。

3.2 采用0.4 kV低壓側共享方案對車站配電變壓器容量影響分析

以容量為M1的單臺車站變電所配電變壓器為例，分析0.4 kV低壓側共享方案對車站配電變壓器容量的影響。建議車站變電所單臺配電變壓器容量不超過M2且能滿足對正線車站功能性負荷可靠供電。

假設增加的物業(yè)一二級負荷(設備負荷)容量為S1,物業(yè)三級負荷(其余負荷)容量為S2。則各種工況下的負荷情況分別為:

(1) 正常工況下,負荷容量應占單臺配電變壓器容量70%,故2×70%×M1+S1+S2≤2×M2×70%,即S1+S2≤1.4×(M2-M1)。

(2) 單臺配電變壓器退出工況下,切除三級負荷,則車站站內一二級負荷容量應不超過單臺配電變壓器容量100%,故M1+S1≤M2×100%,即S1≤M2-M1。

(3) 火災事故且單臺配電變壓器退出工況(最不利工況)下,切除三級負荷,則車站站內一二級負荷最不利工況下容量S1,a應不超過單臺配電變壓器容量的110%,則應有110%×M1+S1,a≤M2×110%,即有S1,a≤1.1×(M2-M1)。

綜上,當M1=1 000 kVA,M2=1 250 kVA時,S1≤250 kVA,S2≤350 kVA-S1,S1，a≤275 kVA。如取功率因數0.9,則物業(yè)負荷容量可取的數值均偏小,不符合商業(yè)負荷要求。

當M1=1 000 kVA,M2=1 600 kVA時,S1≤600 kVA,S2≤840 kVA-S1,S1,a≤660 kVA。如取功率因數0.9,則有物業(yè)一二級負荷容量應不超過540 kW。此時,物業(yè)三級負荷容量的最大取值為216 kW。

根據《地鐵設計規(guī)范》，三級負荷在變壓器單臺退出的時候切除[10]。在滿足計算公式要求的前提下,一二級負荷容量可轉化為三級負荷容量。若已知商業(yè)負荷容量S2,則可反算出S1的數值,并可代入上述計算式來驗證0.4 kV低壓側共享方案是否可行。

3.3 物業(yè)開發(fā)負荷計算

結合上海、杭州等地區(qū)的城市軌道交通車站物業(yè)開發(fā)經驗,根據《工業(yè)與民用配電設計手冊(第三版)》，推薦設備用電指標為120 W/m2。當車站物業(yè)開發(fā)面積為A時,物業(yè)開發(fā)區(qū)域內,零星小商鋪負荷用電指標為400 W/m2,相應物業(yè)開發(fā)負荷容量為:120 W/m2×A+400 W/m2×A=520 W/m2×A;以娛樂、餐飲類為主的大型商鋪負荷用電指標為1 000 W/m2,相應的物業(yè)開發(fā)負荷容量為120 W/m2×A+1 000 W/m2×A=1 120 W/m2×A;混合型商鋪的負荷用電指標為600 W/m2，相應的物業(yè)開發(fā)負荷容量為120 W/m2×A+600×A=720 W/m2×A。

3.4 設計方案面積劃分原則

假設M1=1 000 kVA,M2=1 600 kVA。

在零星小商鋪業(yè)態(tài)情況下,若采用0.4 kV低壓側共享方案,則有

(1)

可得,A≤1 500 m2,且A≤600 kVA×0.9(功率因數)/120 W/m2=5 000 m2。故在零星小商鋪業(yè)態(tài)時,由于商業(yè)負荷用電指標不高,在物業(yè)開發(fā)總面積不超過1 500 m2時可考慮采用0.4 kV低壓側共享方案。

在娛樂、餐飲類大型商鋪為主業(yè)態(tài)的情況下,若采用0.4 kV低壓側共享方案,則有

可得,A≤750 m2。當娛樂及餐飲類大型商鋪為主業(yè)態(tài)時,由于商業(yè)負荷用電指標很高,當物業(yè)開發(fā)總面積不超過750 m2時,應根據實際情況考量。若未存在多處大型娛樂、餐飲類商鋪的用電負荷,則可考慮采用0.4 kV低壓側共享方案；否則推薦采用設置獨立物業(yè)跟隨式降壓變電所方案。一般來說車站商業(yè)開發(fā),通常設置娛樂及餐飲類商鋪的區(qū)域較大,而其計算負荷指標僅為一般值。為保證設計可靠,原則上推薦設置娛樂及餐飲類商鋪的大型物業(yè)開發(fā)區(qū)域采用設置獨立物業(yè)跟隨所方案,以滿足較大用電負荷的需求。

在混合型商鋪業(yè)態(tài)情況下,若采用0.4 kV低壓側共享方案,則有

可得，在混合型商鋪業(yè)態(tài)情況下,應考慮到混合型商鋪用電負荷組成的不確定性。為保證設計可靠,建議物業(yè)開發(fā)總面積不超過1 050 m2,且根據實際情況考量。若未存在多處大型娛樂及餐飲類商鋪,可考慮采用0.4 kV低壓側共享方案；否則建議采用設置獨立物業(yè)跟隨所方案。

上海軌道交通12號線工程和杭州地鐵2號線一期工程(東南段)沿線物業(yè)開發(fā)配電方案設計如表1—2所示。

表1 上海軌道交通12號線工程車站物業(yè)開發(fā)配電一覽表

表2 杭州地鐵2號線一期工程車站物業(yè)開發(fā)配電一覽表

3.5 對車站變電所土建及其他專業(yè)影響

如采用獨立物業(yè)跟隨所方案，則需調整土建設計方案,以使車站變電所內具備增加2面35 kV(或10 kV)開關柜條件。且預留物業(yè)開發(fā)區(qū)內需單獨設置跟隨所,并考慮車站變電所通往物業(yè)跟隨所的電纜路徑。

如采用0.4 kV低壓側共享方案，則車站變電所應具備增加0.4 kV開關柜的條件,且建筑結構等專業(yè)均需做相應調整,車站動力照明專業(yè)也應及時提交資料以供降壓變電所專業(yè)設計進行計算和設計。

3.6 實際設計中的需要注意的幾個問題

(1) 物業(yè)部分需單獨計量[11]。采用獨立物業(yè)跟隨所方案時,獨立計量裝置應設置于獨立物業(yè)跟隨所饋線柜內或物業(yè)0.4 kV饋線柜進線處。采用0.4 kV低壓側共享方案時,獨立計量裝置應設置于降壓變電所0.4 kV物業(yè)饋線回路處或物業(yè)0.4 kV饋線柜進線處。

(2) 以上配電設計方案僅為降壓變電所專業(yè)配合階段進行容量估算和方案設計時使用。正式設計階段仍需根據準確的物業(yè)開發(fā)業(yè)態(tài)和負荷資料進行降壓變電所的專業(yè)計算和設計。

4 結論

綜上所述,要做好城市軌道交通車站物業(yè)開發(fā)配電設計,應該遵循如下原則:

(1) 車站變電所在保證對正線功能性負荷可靠供電的前提下,可對物業(yè)開發(fā)提供電源。

(2) 物業(yè)開發(fā)回路應單獨設置計量裝置。

(3) 當物業(yè)開發(fā)面積≥1 500 m2或配置大型娛樂及餐飲類商鋪時,物業(yè)開發(fā)區(qū)宜設置獨立物業(yè)跟隨所,并由車站變電所為物業(yè)跟隨所提供獨立的2路35 kV(或10 kV)電源。車站變電所應具備增加2面35 kV(或10 kV)饋線柜的條件。

(4) 當物業(yè)開發(fā)面積<1 500 m2且不配置大型娛樂及餐飲類商鋪時,如車站變電所單臺配電變壓器容量不超過1 600 kVA，且能夠滿足原則1要求時,可考慮由車站變電所為物業(yè)開發(fā)集中提供0.4 kV電源,且車站變電所應具備增加0.4 kV開關柜的條件。

(5) 既有土建情況無法滿足增加開關柜要求的,物業(yè)開發(fā)的用電可由城市電網接取。

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Power Distribution Design for Commercial Load at Subway Station

XIA Lulu, HE Jin

The present situation of power distribution design method for commercial load at subway station is analyzed, the business mode of property development and the corresponding load calculation are explicitely to be the key to the distribution design. Impact on the capacity of distribution transformer is studied when the commercial load shares the capacity of distribution transformer at a subway station, and the o.4kv low voltage sharing mode could also be adopted. Principles of area partition and calculation of different bussiness modes are proposed to calculate the commercial load at subway station.Finally, some problems in power distribution design for commercial development at subway station are discussed.

urban rail transit; commercial load; power distribution design; business mode analysis; load calculation

CREEC East China Survey and Design Co.,Ltd.,310004,Hangzhou,China

U 231.4; TU 984.11+3; TM 715

10.16037/j.1007-869x.2017.03.013

2015-12-25)