地鐵車站建筑與機場建筑低壓配電設(shè)計差異研究

林 挺

(福州軌道交通設(shè)計院有限公司 福建福州 350004)

0 引言

近年來，隨著我國交通建設(shè)事業(yè)的深入發(fā)展，城市軌道交通和民用機場在全國各地掀起建設(shè)熱潮。地鐵車站建筑和機場建筑由于建筑形式、建筑體量的差異，電氣設(shè)計方案也不盡相同。筆者通過自身參與過的福州地鐵4號線和上海某機場建筑，研究比較地鐵車站建筑電氣設(shè)計與機場建筑低壓配電設(shè)計的異同。

1 變配電系統(tǒng)方案對比

項目一為福州地鐵4號線某車站，為地下二層標準車站，總建筑面積2.6萬m2，分為站臺層和站廳層，目前已完成施工圖設(shè)計。項目二為上海某機場建筑，為I類機場航站樓，總建筑面積62萬m2，包括地上六層和地下一層，已于2019年投入運營。二者的變配電系統(tǒng)系統(tǒng)方案如表1所示。

表1 變配電系統(tǒng)系統(tǒng)方案對比表

從表中可以看出，雖然項目一的建筑體量遠小于項目二，但因項目一的電源由全線主變電所集中式供電，供電距離較遠，因此采用35/0.4 kV變配電系統(tǒng)。項目二電源引自就近市政變電所，供電距離較近，且根據(jù)電業(yè)常規(guī)用電分界接口，因此選用10/0.4 kV變配電系統(tǒng)。由于進線電源方案的不同，項目一的市政電源相對而言可靠性更高，因此項目二設(shè)置了低壓柴油機作為后備電源，項目一則不設(shè)置。兩種供電方案從可靠性而言，均可滿足自身用電需求。主要原因在于進線電源方案的差異，而這取決于與當(dāng)?shù)仉姌I(yè)局的接口談判。

在UPS設(shè)置方案上，項目一采用了各系統(tǒng)獨立設(shè)置UPS的方案。一方面是由于各系統(tǒng)后期運維屬于不同部門，另一方面是該方案為前序線路延續(xù)做法。若采用集中設(shè)置UPS，則涉及到各系統(tǒng)界面的接口重新分界。項目二則根據(jù)各系統(tǒng)運維主體的不同，對屬于機場運維部分的機房UPS進行整合，對屬于海關(guān)、邊檢等獨立運維的機房由相關(guān)單位單獨設(shè)置，并根據(jù)負荷的重要性，對不同的集中UPS采用了“1+1并機”、“UPS雙機+STS靜態(tài)開關(guān)”等不同配電方式。通過對比二者的UPS方案，可以看出項目二在UPS設(shè)置上更為合理，集中UPS在系統(tǒng)造價上更省，且能節(jié)省建筑空間，還可節(jié)省后期運維成本。在后期地鐵項目設(shè)計時，地鐵車站的UPS設(shè)置方案可借鑒項目二及全國其他地鐵項目的UPS整合經(jīng)驗，從負荷類型及重要性、運維主體等方面對UPS進行整合方案比選，使配電方案更好地滿足使用需求，減少運營維護成本。

2 主要負荷配電方案對比

地鐵車站建筑與機場建筑的主要負荷不盡相同，《地鐵設(shè)計規(guī)范》GB50157[1]和《交通建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ243[2]中，關(guān)于地鐵和民用機場用電負荷等級劃分及供電方式的相關(guān)規(guī)定也有一定區(qū)別。兩個項目均針對不同等級的負荷，采用了有針對性的配電方案，以滿足不同負荷對供電可靠性的要求。對于一級負荷中的特別重要負荷，如重要弱電系統(tǒng)負荷、應(yīng)急照明等，均在兩路市電的基礎(chǔ)上增設(shè)應(yīng)急電源；對于一級負荷，如主排水泵、雨水泵等，均采用兩路市電配電，并根據(jù)負荷容量采用放射式或樹干式配電；對于二三級負荷，均采用單回路配電。然而在消防風(fēng)機的配電方案上，兩個項目存在較大差異，具體對比如表2所示。

表2 消防風(fēng)機配電方案對比

在消防風(fēng)機的配電方案上，項目一采用了在車站兩端環(huán)控機房附近集中設(shè)置環(huán)控電控柜的方案，并在環(huán)控電控柜中采用了單母線分段加母聯(lián)開關(guān)的配電形式。主要在于地鐵車站的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備均設(shè)置在車站兩端的環(huán)控機房內(nèi)，通過就近設(shè)置環(huán)控電控柜，利于后期運營的集中維護管理。單母線分段的配電方式相對而言，可靠性更高，但需注意上下級母聯(lián)開關(guān)的配合；而項目二中空調(diào)風(fēng)機根據(jù)建筑布局情況，設(shè)置在不同樓層和不同區(qū)域，在機房內(nèi)就地設(shè)置雙電源切換箱的形式更為適合，同時考慮到項目二作為國際交通樞紐機場的重要性，因此對其消防負荷增設(shè)柴油機作為后備電源，保障了消防負荷的供電可靠性。在實際項目設(shè)計過程中，應(yīng)結(jié)合工程實際情況，從項目重要性、建筑形式等方面對消防負荷配電方案進行比選，保證消防負荷的供電可靠性。

3 低壓配電保護方案對比

項目一和項目二根據(jù)自身項目情況，在低壓配電保護方案上也存在一定差異，如表3所示。

表3 低壓配電保護方案對比

從表中可以看出，兩個項目在0.4kV柜的配電保護方案上是基本一致的，但在配電箱配電保護方案上存在較大差異。項目一在配電總箱及分箱的進線開關(guān)均選用斷路器，并設(shè)置短路瞬時保護及過負荷長延時保護。其理由為在地鐵車站中配電間和變電所在運營管理中分屬不同工班，因此在末端配電回路發(fā)生故障時，應(yīng)將故障在本級切斷，不應(yīng)擴大故障影響范圍，導(dǎo)致上級配電回路跳閘。項目二則在配電總箱及分箱的進線開關(guān)均選用了隔離開關(guān)，僅采用了分支電纜配電的配電箱進線處設(shè)置斷路器。其理由為配電箱出線回路均設(shè)置了斷路器，當(dāng)配電箱內(nèi)出線斷路器以上位置發(fā)生故障時，由上級配電箱柜出線回路斷路器，進行保護切斷。

對于配電箱進線處是否設(shè)置斷路器，可根據(jù)配電回路不同位置，發(fā)生故障的不同情況，進行分析。如圖1所示，配電箱回路故障點可分為A，B，C三點。當(dāng)故障發(fā)生在C點時，可通過配電箱出線斷路器與上級斷路器的上下級配合，保證故障點在配電箱出線側(cè)切除。當(dāng)A點發(fā)生故障時，無論配電箱進線是否設(shè)置斷路器，均只能由0.4kV低壓柜出線斷路器保護。因此僅需分析B點發(fā)生故障時的情況。常見的電氣故障可分為相間短路、接地故障、過負荷[4]。根據(jù)機場建筑及地鐵車站建筑負荷特點，配電箱的同時系數(shù)Kx均設(shè)置在0.8～1.0之間，因此，在配電箱所有出線回路未產(chǎn)生過負荷的情況下，B點產(chǎn)生過負荷故障的概率較低。當(dāng)B點發(fā)生相間短路時，按標準地鐵站內(nèi)配電總箱設(shè)置最遠距離250米考慮，短路電流將遠大于0.4 kV柜出線斷路器的瞬動整定值或短延時整定值。這種情況下，即使在配電箱進線處設(shè)置斷路器，也無法保證0.4 kV柜出線斷路器不動作。當(dāng)B點發(fā)生接地故障時，若B點與變電所距離較近，則短路電流較大，情況與相間短路情況相同；若B點與變電所距離中等，因項目一0.4 kV出線斷路器整定值均為下級配電箱進線斷路器整定值的1.15～1.2倍之間，而根據(jù)斷路器的反時限脫扣器動作特性，下級斷路器的可靠動作電流為1.3倍的整定值[3]，上下級斷路器脫扣曲線存在交叉重合，無法保證上下級可靠配合。若B點與變電所距離較遠，無法通過0.4 kV柜斷路器的瞬動、短延時或長延時保護做接地故障保護時，0.4 kV柜斷路器通常會設(shè)置專門的接地故障保護裝置。而配電箱總開關(guān)由于造價原因，通常不會設(shè)置獨立的接地故障保護裝置。這種情況下若B點發(fā)生接地故障，則0.4 kV柜將提前動作。根據(jù)以上分析，可以確定在配電箱進線處設(shè)置斷路器并無必要。

供配電系統(tǒng)應(yīng)簡單可靠，低壓配電級數(shù)不宜多于三級[5]，因此在實際設(shè)計過程中，建議多與建設(shè)運營方溝通，通過對項目可能出現(xiàn)的故障情況進行分析，減少不必要或重復(fù)的配電保護設(shè)置，減少項目建設(shè)成本,如圖1所示。

圖1 低壓配電回路故障情況簡圖

4 結(jié)語

本文通過福州地鐵4號線某車站和上海某機場建筑的低壓配電方案對比，梳理了典型地鐵車站建筑和機場建筑低壓配電設(shè)計方案的異同，對其中的原因進行了分析，并對兩者進行了比選。地鐵車站建筑和機場建筑同屬于重要的交通建筑，低壓配電系統(tǒng)均較為復(fù)雜，在實際設(shè)計過程中，應(yīng)針對具體項目情況，認真做好配電設(shè)計的多方案比選，以期做到保障人身和財產(chǎn)安全，節(jié)約能源、技術(shù)先進、完善功能、經(jīng)濟合理、配電可靠和安裝運行方便。