太原地鐵2號線車站公共區(qū)直流照明系統(tǒng)方案設計

李旭東 段盼平

摘? 要：隨著新能源領域的快速發(fā)展和LED照明等直流設備的普遍使用，城市軌道交通直流設備的耗電量占總耗電量的比重越來越大，直流供配電關鍵技術將成為城市軌道交通發(fā)展的必然需要和方向。該文以太原市軌道交通2號線畜研所站、雙塔西街站為例，對車站公共區(qū)直流照明系統(tǒng)進行設計，該方案具有簡化配電線路、降低燈具損耗、提高用電安全性、提高電能質量、管理人性化等特點。

關鍵詞：地下車站;公共區(qū)照明;直流集中供電;方案設計

中圖分類號： TM92? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

LED 照明燈具內置整流器存在效率低、諧波含量高、電解電容易損壞的缺點，目前在民用建筑和路燈照明等行業(yè)已經(jīng)開始嘗試使用全直流照明系統(tǒng)，筆者對太原地鐵2號線畜研所站、雙塔西街站公共區(qū)直流照明系統(tǒng)進行設計，為進一步探討在城市軌道交通中使用全直流照明系統(tǒng)的可行性提供參考。

1 工程概況

1.1 雙塔西街站

雙塔西街站車站型式為地下二層島式車站，車站總建筑面積13 778.6 m2，車站在設備層A端設置降壓變電所，負擔車站及相鄰兩個半個區(qū)間的全部動力、照明負荷。車站站廳兩端分別設置環(huán)控電控室，站廳、站臺、設備層兩端分別設置照明配電室和電纜井。A端相鄰半?yún)^(qū)間的長度為353 m，B端相鄰半?yún)^(qū)間的長度為586 m。

1.2 畜研所站

畜研所站車站型式為地下二層島式車站，車站總建筑面積14 373.6 m2，車站在設備層B端設置降壓變電所，負擔車站及相鄰兩個半個區(qū)間的全部動力、照明負荷。車站站廳兩端分別設置環(huán)控電控室，站廳、站臺、設備層兩端分別設置照明配電室和電纜井。A端相鄰半?yún)^(qū)間的長度為454 m，B端相鄰半?yún)^(qū)間的長度為565 m。

2 設計原則

2.1 照明負荷分類

車站公共區(qū)設正常照明與應急照明，其中正常照明主要是指工作照明、節(jié)電照明、值班照明。節(jié)電照明和工作照明按車站布局間隔布置，各占50%。部分正常照明兼值班照明，照度不低于正常照明照度額10%。

2.2 負荷分級

公共區(qū)正常照明、疏散照明為一級負荷，其中疏散照明為一級負荷中特別重要的負荷。

3 系統(tǒng)指標及工作原理

3.1 主要技術指標

輸出電壓范圍200 VDC～300 VDC，額定輸出電流50 A（輸出電壓250 V時），最大輸出電流66 A（輸出電壓260 V時），電壓上升時間3 s～8 s（軟啟動時間），穩(wěn)壓精度≤0.5%。

3.2 系統(tǒng)構成及工作原理

直流照明系統(tǒng)由交流電源，電表，整流器，絕緣監(jiān)測模塊，控制器，配電機柜、LED燈具共同組成。交流輸入為三相四線交流供電。電源模塊把三相交流電整流為穩(wěn)定的直流電，所有電源模塊并聯(lián)輸出。直流集中供電智能控制系統(tǒng)組成原理圖如圖1所示。

4 照度標準

車站公共區(qū)各場所照度標準要求見表1。

5 供電方式

5.1 公共區(qū)正常照明

車站公共區(qū)的照明配電室內分別設置2個總照明配電箱以及2個直流供電柜，兩段不同母線分別由變電所引至總照明配電箱，2個直流集中供電柜電源分別引自2個總照明配電箱，2個直流集中供電柜交叉向公共區(qū)正常照明供電。

公共區(qū)正常照明采用直流供電，在直流智慧照明控制系統(tǒng)內部可完成AC380 V整流為DC220 V（同時輸出在DC200 V～DC300 V可調），整流電源模塊化，N+X配置，支持熱插拔。直流智能控制系統(tǒng)對LED燈具進行智能化控制。直流智慧照明控制系統(tǒng)內應具有的基本功能有智能調光/開關、數(shù)據(jù)采集、絕緣監(jiān)察、過流/過壓/短路等保護、對直流智慧照明控制系統(tǒng)故障檢測報警、防雷等。可實現(xiàn)直流照明控制單元的照明分、斷、調光等每個回路的就地控制功能。

5.2 應急照明

站臺、站廳公共區(qū)應急照明及出入口通道應急照明由設置在站廳站臺兩端照明配電室的應急照明及指示系統(tǒng)進行供電。

6 控制器

公共區(qū)、出入口通道照明控制設兩級控制，即車控室控制和照明配電室控制。公共區(qū)應急照明按長明燈設計。直流供電智能化控制系統(tǒng)為微機控制器，通過信息通信與上位系統(tǒng)連接，實現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)檢測、亮度調光設置、設備狀態(tài)輸出、故障上報等功能，對設備運行進行實時監(jiān)測控制。

7 照明燈具及材料選擇

公共區(qū)照明燈具采用直流LED燈具，燈具可以接受DC 200 V～300 V直流供電，燈具LED驅動通過采樣輸入電壓的動態(tài)變化，自動識別調光指令。

應急照明燈具滿足《消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)》GB 17945—2010要求。

工作照明、節(jié)電照明配電線路采用WDZB-BYJ導線進行配電，應急照明配電線路采用WDZBN-BYJ導線進行配電，疏散指示及應急照明分開回路配電。

所有電纜的燃燒性能不低于GB 31247—2014《電纜及光纜燃燒性能分級》中的B1級。

8 直流集中供電柜配置

為了達到更好的節(jié)能效果，該方案采用光效120 lm/w的LED照明產品，在滿足相關標準規(guī)范條件《城市軌道交通照明》GB/T 16275—2008以及裝修效果需求，經(jīng)照度仿真，根據(jù)空間布置分為站廳/站臺的 A/B區(qū)共4塊區(qū)域，每個站點公共區(qū)域照明分為4塊區(qū)域單獨供電，其中筒燈1功率12 W，筒燈2功率18 W，T5支架燈功率14 W，燈具數(shù)量及直流柜配置見表2。

9 結論

目前的 AC 220 V 供電技術成熟，但存在供電效率低、諧波含量大的缺點，在城市軌道交通地下車站均使用 LED 光源的前提下，采用 DC 220 V供電，可有效解決 AC 220 V 供電存在的問題，同時還可以提高安全性。因直流供電只需要兩芯線，使得整個系統(tǒng)的造價增加不多[1]。與交流照明系統(tǒng)相比，對后期運營要求主要差異是交流系統(tǒng)出現(xiàn)故障通常為單個回路故障，交流系統(tǒng)輸入的供電能力不變，可單獨維修單個回路故障。直流照明系統(tǒng)故障通常存在2個可能，一是回路出現(xiàn)故障，另一個是AC-DC模塊電源出現(xiàn)故障。對于回路出現(xiàn)故障，可維修單個回路故障，如果冗余模塊電源出現(xiàn)故障不會影響系統(tǒng)的供電能力。當故障模塊未及時處理，累積故障模塊過多，系統(tǒng)按額定功率計算供電能力不足時，系統(tǒng)會自動降低LED的功率保證直流照明系統(tǒng)的正常工作。對于AC-DC模塊電源故障，系統(tǒng)會顯示告警信息，通知維護人員更換AC-DC模塊，模塊電源維護方便，不用斷電拔出故障模塊，可直接插入進行模塊更換。

該系統(tǒng)根據(jù)地鐵的運行信息，外部環(huán)境信息及站廳和站臺人流信息，實現(xiàn)自動開關燈和智能調光，系統(tǒng)還具備智能設定亮度參數(shù)功能，可實現(xiàn)定時分時調光，達到更好的節(jié)能效果。DC-DC 模塊故障率遠低于傳統(tǒng)AC-DC驅動電源，其使用壽命基本能夠匹配直流照明系統(tǒng)其他部件的整體使用壽命。

參考文獻

[1]王德發(fā)，秦嶺.城市軌道交通全直流照明系統(tǒng)設計探討[J].都市快軌交通，2019（6）：63-66.