鐵路客運(yùn)站房供配電設(shè)計(jì)淺析

中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 劉守輝

都安站位于廣西壯族自治區(qū)河池市都安縣澄江鄉(xiāng)六里村境內(nèi)，站房建筑面積7995.89平方米，為線側(cè)下式旅客站房，高峰每小時(shí)發(fā)送旅客500人，根據(jù)《鐵路旅客車站建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》“總則”第1.0.5條為小型旅客車站。站房上下兩層，包括中間通高的候車大廳和兩側(cè)的服務(wù)用房、出站廳、出站通道、旅客服務(wù)、商務(wù)候車室、信息機(jī)房、消防控制室等。

本站房為小型鐵路旅客車站，根據(jù)《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》、《鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范》，站房?jī)?nèi)與行車密切相關(guān)的通信、信息、災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；客票系統(tǒng)；客運(yùn)廣播系統(tǒng)、列車到發(fā)預(yù)告顯示系統(tǒng)等重要設(shè)備用電為一級(jí)負(fù)荷。消防及火災(zāi)報(bào)警設(shè)備、應(yīng)急（包括備用、安全及疏散）照明、公共區(qū)照明、重要機(jī)房?jī)?nèi)恒溫恒濕空調(diào)用電、設(shè)備機(jī)房照明、旅客用電梯及自動(dòng)扶梯、給排水及污水處理設(shè)備用電為二級(jí)負(fù)荷；廣告照明、裝飾照明以及其他一般照明用電、一般空調(diào)新風(fēng)機(jī)用電及其他普通電力等為三級(jí)負(fù)荷。所有用電設(shè)備轉(zhuǎn)化為連續(xù)工作制后的有功功率，一級(jí)負(fù)荷約110kW；二級(jí)負(fù)荷約758kW（其中消防負(fù)荷231kW）；三級(jí)負(fù)荷約1238kW（其中預(yù)留廣告商業(yè)300kW）。

本項(xiàng)目為小型站，最高負(fù)荷等級(jí)為一級(jí)負(fù)荷，總安裝容量在5000kVA以下，根據(jù)10kV電源進(jìn)線電纜電流承載能力和電壓等級(jí)，一路進(jìn)線供電容量不超過(guò)10MVA，優(yōu)先考慮選取地方市政電源為本站房供電。高鐵旅客站房電源進(jìn)線本站分別從公網(wǎng)接引2路相互獨(dú)立可靠的10kV電源作為雙重電源，當(dāng)一路電源發(fā)生故障時(shí)另一電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞，每路電源均能承擔(dān)本站全部用電負(fù)荷。

1 站房綜合變電所

1.1 變壓器

合理考慮裝機(jī)容量，使變壓器運(yùn)行效率在95%以上，負(fù)載率在60%～70%。既要考慮現(xiàn)有用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷，又要根據(jù)未來(lái)遠(yuǎn)景擴(kuò)容情況。根據(jù)本項(xiàng)目當(dāng)?shù)貙?shí)際情況和相關(guān)專業(yè)用電負(fù)荷配置情況，變電所配置1250kVA、10/0.4kV變壓器2臺(tái)，供站房及附屬設(shè)施的動(dòng)力、照明設(shè)備用電。根據(jù)《變壓器能效限定值及能效等級(jí)》中1級(jí)能效等級(jí)的要求，采用SCB13。

之前，我國(guó)在普通民建配電設(shè)計(jì)中，對(duì)變比為10kV/0.4kV的配電變壓器,大部分采用Y,yn0聯(lián)結(jié)組號(hào),但現(xiàn)在普遍采用了D,yn11聯(lián)結(jié)組號(hào)。相同容量的D,yn11聯(lián)結(jié)組號(hào)變壓器比與Y,yn0聯(lián)結(jié)組號(hào)的變壓器磁滯和渦流損耗與繞組銅耗雖略大一些,但3次及其整數(shù)倍高次諧波等零序成分激磁電流在一次側(cè)接成三角形條件下、可在三角形繞組環(huán)流,與一次側(cè)接成星形條件下高次諧波電流可以從低壓側(cè)侵入高壓側(cè)電網(wǎng)的情況相比較,有利于減少公用電網(wǎng)諧波污染,這在半導(dǎo)體電力電子元件應(yīng)用日趨廣泛的情況下是非常有利的。此外D,yn11聯(lián)結(jié)比Y,yn0聯(lián)結(jié)的零序阻抗要小得多，所以單相短路電流要大得多，提高單相接地短路故障保護(hù)的靈敏性。此外，當(dāng)三相負(fù)荷不平衡時(shí)，Y,yn0聯(lián)結(jié)組號(hào)變壓器要求中性線電流不高于低壓正常線電流的25%，因而本站房采用D,yn11聯(lián)結(jié)組號(hào)的變壓器。

本項(xiàng)目采用10kV高壓電纜形式進(jìn)線，采用變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻形式接地，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，中性點(diǎn)與大地之間電阻極小，電壓為幾乎為大地電位，沒(méi)有發(fā)生短路的正常相電壓對(duì)地電壓不變?nèi)晕凑Ｇ闆r下的相電壓，可減少設(shè)備和線路對(duì)地絕緣的投資。此外，中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)在發(fā)生接地故障時(shí)，故障電流經(jīng)過(guò)相線-過(guò)渡電阻-大地-中性線形式回流到變壓器中性點(diǎn)，大大減少了短路阻抗，增大了短路電流，有利于繼電保護(hù)的靈敏性，有利于故障的及時(shí)切除，從而最大程度保證了人身、設(shè)備安全。

1.2 主接線及運(yùn)行方式

10kV側(cè)電氣主接線采用單母線分段、不設(shè)母聯(lián),III段母線平時(shí)分列運(yùn)行、互為備用，每段母線均能供100%負(fù)荷。低壓側(cè)采用單母線分段運(yùn)行方式，兩段低壓主母線之間設(shè)置母聯(lián)開(kāi)關(guān)。正常情況下，母聯(lián)開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)，兩路電源同時(shí)供電、互為熱備用；當(dāng)一路電源停電或故障時(shí)，自動(dòng)切除全部三級(jí)負(fù)荷，母聯(lián)開(kāi)關(guān)自投，由另一路電源維持全所一、二級(jí)負(fù)荷的供電。當(dāng)母聯(lián)自投裝置故障或失效時(shí)，由本線電力調(diào)度中心通過(guò)電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)將其退出，對(duì)變電所低壓兩進(jìn)線和母聯(lián)開(kāi)關(guān)進(jìn)行直接控制。任何情況下，最多只允許兩進(jìn)線與母聯(lián)開(kāi)關(guān)中的兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)合閘。

1.3 無(wú)功補(bǔ)償

變電所每段低壓母線分別設(shè)置電容補(bǔ)償裝置并帶有源濾波裝置。要求補(bǔ)償后的變壓器低壓側(cè)功率因數(shù)在0.95以上，減少了公用電網(wǎng)諧波污染，減少了輸電線路壓降，減輕了電力系統(tǒng)無(wú)功功率負(fù)擔(dān)。

2 低壓供配電系統(tǒng)

2.1 供電方式

因?yàn)楸卷?xiàng)目主要用電負(fù)荷集中于站房?jī)?nèi)、用電現(xiàn)場(chǎng)較近，采用了TN-S系統(tǒng)，與逐級(jí)漏電保護(hù)相配合起到保障用電安全的作用。為保證供電的可靠性，站房低壓配電系統(tǒng)干線以放射式供電為主。為便于維護(hù)，均采用電纜供電。根據(jù)本工程建筑平面布局的設(shè)計(jì)因地制宜，既要深入負(fù)荷中心，又要保證線路電壓降處于設(shè)備用電允許的范圍之內(nèi)，綜合考慮合理設(shè)置配電間，由變配電房直接供電到各配電間內(nèi)或設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)。各配電回路均按防火分區(qū)劃分設(shè)計(jì)配電。

2.2 電機(jī)啟動(dòng)方式

根據(jù)本項(xiàng)目的供電狀況和減少對(duì)傳動(dòng)機(jī)械沖擊的要求，延長(zhǎng)各機(jī)械設(shè)備的工作壽命，本項(xiàng)目非消防設(shè)施單臺(tái)容量大于22kW及以上的電機(jī)采用軟啟動(dòng)，單臺(tái)容量小于22kW的電機(jī)采用直接啟動(dòng)。為保證消防設(shè)施的可靠使用，消防設(shè)施不采用變頻控制及軟啟動(dòng)，單臺(tái)容量大于22kW及以上采用星三角降壓?jiǎn)?dòng)；單臺(tái)容量小于22kW的電機(jī)采用直接啟動(dòng)。

2.3 配電線路的保護(hù)及其選擇性

所有配電線路一律進(jìn)行過(guò)負(fù)荷保護(hù)、短路保護(hù)、及接地故障保護(hù)校驗(yàn)。所有配電線路一律進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)。為保證用電處的電壓偏差處于設(shè)備用電允許的范圍之內(nèi)，所有回路均對(duì)末端用電處的電壓降進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)距離較遠(yuǎn)的停車場(chǎng)用電負(fù)荷采用增設(shè)預(yù)裝式變電所的方式來(lái)減少電壓降，距離綜合變電所較遠(yuǎn)負(fù)荷的電纜根據(jù)電壓降的計(jì)算適當(dāng)放大了截面，減小了阻抗和末端的電壓偏差，以保證各用電負(fù)荷供電電纜的工作和啟動(dòng)電壓降能滿足規(guī)范規(guī)定和工藝設(shè)備安全運(yùn)行的要求。

用電設(shè)備端子處電壓偏差允許值為：電動(dòng)機(jī)為±5%；照明：一般工作場(chǎng)所為±5%，當(dāng)工作場(chǎng)所遠(yuǎn)離變電所難以滿足要求時(shí)可為＋5%和－10%；其他用電設(shè)備無(wú)特殊要求時(shí)為±5%。為保證供電的可靠性，本項(xiàng)目采用上下級(jí)選擇性配置，以相關(guān)國(guó)家規(guī)范為依據(jù)減少配電級(jí)數(shù)，采用電子脫扣器斷路器，并按如下統(tǒng)一原則配置：過(guò)載保護(hù)的電流選擇性：上下級(jí)斷路器過(guò)載保護(hù)整定電流之比不小于1.6；低短路電流保護(hù)的時(shí)間選擇性：上下級(jí)斷路器瞬時(shí)速斷過(guò)電流保護(hù)整定電流之比不小于1.5；上下級(jí)斷路器的殼架電流（額定）電流之比大于2.5。

本項(xiàng)目低壓配電系統(tǒng)額定電流630A及以上的斷路器選用框架斷路器，斷路器自身帶有智能型數(shù)字脫扣器，四段保護(hù)（總進(jìn)線斷路器及母聯(lián)斷路器為四段保護(hù)，出線斷路器為三段保護(hù)）；脫扣器的液晶顯示屏幕具有中文顯示；可以記錄最近10次脫扣和報(bào)警并顯示于屏幕上，可以顯示主觸頭磨損和操作次數(shù)；具有諧波和基波的計(jì)算功能。

本項(xiàng)目低壓配電系統(tǒng)額定電流400A及以下的斷路器選用塑殼斷路器，其電子脫扣器應(yīng)采用三段式保護(hù)電子式脫扣器；末端用電的照明類配電回路采用模數(shù)化微型斷路器，采用兩段式熱磁脫扣器，根據(jù)配電保護(hù)需要選擇B、C、D型脫扣曲線。人身防觸電保護(hù)選用30mA的A類RCD保護(hù)器。

3 照明

根據(jù)鐵路總公司鑒定中心鑒電函［2018］151號(hào)《關(guān)于鐵路站房LED照明設(shè)計(jì)研討會(huì)會(huì)議紀(jì)要》，為響應(yīng)國(guó)家綠色照明政策打造綠色站房，鐵路站房?jī)?yōu)先采用LED照明。所有公共場(chǎng)所照明采用智能照明控制系統(tǒng)。根據(jù)《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》12.2.2條款，對(duì)一級(jí)負(fù)荷的公共區(qū)照明可采用兩路電源交叉供電。所有公共空間高大區(qū)域自動(dòng)控制的燈具均采用兩路電源交叉供電的接線方式，可分別開(kāi)啟1/2、1/4的照明燈具，達(dá)到根據(jù)不同場(chǎng)景的使用要求來(lái)分級(jí)分層次調(diào)節(jié)這些場(chǎng)所的照度。辦公房間、配電間設(shè)備機(jī)房、綜合變電所、鐵路后勤服務(wù)房間等小房間采用安裝墻壁開(kāi)關(guān)面板控制。