席 紅

(北京城建設(shè)計研究總院有限責(zé)任公司 北京 100037)

城市軌道交通作為公共交通的一種重要形式，以其環(huán)保、高效等特點得到了很大的發(fā)展。在過去的建設(shè)模式中，一般每條線路單獨(dú)建設(shè)用于綜合調(diào)度管理的指揮中心，但隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)和運(yùn)營的逐步形成，單一線路調(diào)度管理模式已不能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營管理的需求。近幾年，北京、杭州、重慶、武漢等一些城市陸續(xù)建設(shè)軌道交通線網(wǎng)指揮中心。例如，北京軌道交通指揮中心一期工程包括線網(wǎng)14條線路控制中心(OCC)、指揮中心(TCC)、清算管理中心(ACC)，二期工程將再納入線網(wǎng)21條線路控制中心(OCC)。

根據(jù)北京軌道交通指揮中心的工程情況，下面將對線網(wǎng)指揮中心供電系統(tǒng)的外電源引入、應(yīng)急電源、主接線等進(jìn)行分析研究。

1 用電負(fù)荷

供電系統(tǒng)是為用電設(shè)備服務(wù)的，因此設(shè)備的負(fù)荷等級、用電需求就決定了供電系統(tǒng)的可靠性、靈活性要求。下面以北京軌道交通指揮中心為例，對用電設(shè)備的負(fù)荷等級進(jìn)行說明。

北京軌道交通指揮中心為一類高層建筑，由于其功能需要，設(shè)有多條線路的電子信息機(jī)房及相應(yīng)的電子用電設(shè)備。根據(jù)國標(biāo)GB 50174—2008《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，結(jié)合線網(wǎng)指揮中心的使用性質(zhì)、管理要求及其在社會中的重要性，可將各線OCC電源室、設(shè)備機(jī)房、調(diào)度大廳電源室確定為A級機(jī)房，其余為B、C級機(jī)房，并分別定為一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷、一級負(fù)荷和二級負(fù)荷。

為保證A級機(jī)房用電設(shè)備的正常運(yùn)行，其配套的精密空調(diào)負(fù)荷也是一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷。由于建筑物內(nèi)存在較多的一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷，所以其消防負(fù)荷可按一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷供電。

2 引入電源

由上述分析可知，線網(wǎng)指揮中心的最高負(fù)荷等級是一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷，而且該負(fù)荷相比其他工程的負(fù)荷量要大。北京軌道交通指揮中心工程共設(shè)置14臺配電變壓器，總裝機(jī)容量為20200 kV·A，因此線網(wǎng)指揮中心采用了2路10 kV供電。

根據(jù)國標(biāo) GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，一級負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電，一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷還需增設(shè)應(yīng)急電源，因此線網(wǎng)指揮中心應(yīng)引入兩路中壓電源，并設(shè)置應(yīng)急電源。由于線網(wǎng)指揮中心服務(wù)于軌道交通，因此中壓電源可引自軌道交通工程;而其作為城市電網(wǎng)的用戶，也可由城市電網(wǎng)引入中壓電源。

2.1 由軌道交通供電

線網(wǎng)指揮中心由軌道交通供電，并將其變電所納入與指揮中心鄰近的軌道交通線路中壓供電網(wǎng)絡(luò)中。由于軌道交通線路的負(fù)荷呈線狀分布，因此沿軌道交通線路走向從城市電網(wǎng)引入多路電源。對于集中供電方式，除武漢軌道交通一期工程因線路長度僅10 km左右而建設(shè)1座主變電所外，其他線路均建設(shè)2座及以上主變電所，需要由城市電網(wǎng)引入4路及以上高壓電源;對于分散供電方式，尤其是中壓電壓等級為10 kV時，引入的電源數(shù)量更多，如北京地鐵10號線一期工程，線路長度約25 km，正線引入14路10 kV電源。

目前，軌道交通供電系統(tǒng)從外電源位置、容量、中壓供電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成等方面，都可以實現(xiàn)主變電所或電源開閉所退出時相互的應(yīng)急支援，只是支援的程度有所不同，但均可以滿足動力照明一級及以上負(fù)荷的用電需求。也就是說，當(dāng)為線網(wǎng)指揮中心所在供電分區(qū)提供電源的軌道交通主變電所或電源開閉所2路電源全部失電時，通過軌道交通中壓供電網(wǎng)絡(luò)的倒閘操作，可以保證線網(wǎng)指揮中心一級及以上負(fù)荷的供電。

2.2 由城市電網(wǎng)供電

線網(wǎng)指揮中心由城市電網(wǎng)中壓雙重電源引入，按照國標(biāo)GB 50045—95《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》的規(guī)定，2路中壓電源引自城市電網(wǎng)不同35 kV以上級變電所，可以滿足其一級負(fù)荷的用電要求。這種電源引入方式在很多工程中采用，在此不作詳述。

2.3 指揮中心電源引入

北京軌道交通指揮中心位于地鐵5號線線路附近，原作為北京地鐵5號線的指揮中心，其變電所曾被納入中壓供電網(wǎng)絡(luò)。后來，北京軌道交通指揮中心的功能定位發(fā)生了變化，由單一線路的指揮中心發(fā)展為線網(wǎng)指揮中心，其一、二期工程納入了35條軌道交通線路，配電變壓器總裝機(jī)容量為20200 kV·A，原地鐵5號線提供的容量已不能滿足其要求，因此改由城市電網(wǎng)供電，共引入2路10 kV電源。

2.4 電源引入方式比較

當(dāng)線網(wǎng)指揮中心由軌道交通供電、其變電所納入軌道交通某條線路的中壓供電網(wǎng)絡(luò)時，可滿足一級及以上負(fù)荷的供電可靠性要求;當(dāng)線網(wǎng)指揮中心由城市電網(wǎng)供電時，由城市電源引入兩路中壓電源可以滿足一級負(fù)荷的供電，但不能滿足一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的供電要求。

3 應(yīng)急電源

由于線網(wǎng)指揮中心存在一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，所以應(yīng)設(shè)置應(yīng)急電源。應(yīng)急電源的種類包括不間斷電源(UPS)、柴油發(fā)電機(jī)組和獨(dú)立于正常電源的專用饋電線路，應(yīng)急電源的選擇與負(fù)荷性質(zhì)、允許中斷供電時間、應(yīng)急供電時間等相關(guān)。

3.1 允許中斷供電時間

在線網(wǎng)指揮中心的一級負(fù)荷中，特別重要負(fù)荷的允許中斷供電時間不同，如計算機(jī)類電子設(shè)備為毫秒級，應(yīng)急照明不大于5 s，機(jī)房精密空調(diào)，根據(jù)工程經(jīng)驗可在10 min以內(nèi)。在線式不間斷電源(UPS)的電源轉(zhuǎn)換時間為毫秒級，柴油發(fā)電機(jī)組的啟動時間在10 s以內(nèi)，專用饋電線路的轉(zhuǎn)換時間一般為秒級，采用靜態(tài)電子切換設(shè)備可以實現(xiàn)毫秒級。在線網(wǎng)指揮中心一級負(fù)荷中，特別重要負(fù)荷存在允許中斷供電時間為毫秒級的計算機(jī)類電子設(shè)備。當(dāng)線網(wǎng)指揮中心由軌道交通供電時，需要補(bǔ)充不間斷電源(UPS)，以便在中壓供電網(wǎng)絡(luò)“倒閘操作”過程中，對一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷實施供電;當(dāng)由城市電網(wǎng)供電時，應(yīng)急電源不能單獨(dú)使用柴油發(fā)電機(jī)組，可以采用不間斷電源與柴油發(fā)電機(jī)組組合方式。

3.2 應(yīng)急供電時間

從應(yīng)急供電時間上分析，在正常電源恢復(fù)之前，應(yīng)持續(xù)對一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷實施供電。由于造成故障失電的原因復(fù)雜不確定，因此正常電源的恢復(fù)時間并沒有一個明確的標(biāo)準(zhǔn)和要求。從理論上講，UPS和柴油發(fā)電機(jī)組是可以滿足長期運(yùn)行要求的，但在實際工程操作上并不現(xiàn)實。因此，應(yīng)急電源的后備供電時間需要把握“度”，不能一味加大UPS的容量或柴油發(fā)電機(jī)組需要的儲油量。這樣不僅會造成工程直接投資的大幅增加，帶來后續(xù)維護(hù)費(fèi)用的提高，而且對于消防安全也是很大的隱患。當(dāng)采用獨(dú)立于正常電源的專用饋電回路作為應(yīng)急電源時，其應(yīng)急供電時間沒有限制條件，可以滿足長期供電。

3.3 指揮中心應(yīng)急電源

北京軌道交通指揮中心一期工程采用了不間斷電源(UPS)作為應(yīng)急電源，其應(yīng)急供電時間參照軌道交通一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的要求來確定。另外，二期工程將增加柴油發(fā)電機(jī)組。

3.4 應(yīng)急電源選擇

當(dāng)線網(wǎng)指揮中心采用軌道交通供電時，需要增加適當(dāng)容量的不間斷電源(UPS)作為補(bǔ)充。當(dāng)線網(wǎng)指揮中心采用城市電網(wǎng)供電時，由于線網(wǎng)指揮中心只是一個“點”負(fù)荷，因此取得與正常電源相對獨(dú)立的專用饋電線路比較困難，或需要付出較大的投資代價。建議采用柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源，并增加適當(dāng)容量的不間斷電源(UPS)作為補(bǔ)充。在電源轉(zhuǎn)換過程中，由UPS提供一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷的供電，UPS的供電時間可不小于15 min。

4 主接線及運(yùn)行方式

由于線網(wǎng)指揮中心在軌道交通運(yùn)營管理中的重要地位，使其對供電的可靠性和故障處理的快速性要求較高。供電系統(tǒng)的主接線形式是供電可靠性的首要環(huán)節(jié)，需滿足靈活性和經(jīng)濟(jì)性等基本要求。由于線網(wǎng)指揮中心變電所采用軌道交通供電或城市電網(wǎng)供電的情況不同，下面分別就這兩種供電方式進(jìn)行變電所主接線和運(yùn)行方式的簡單分析。

4.1 由軌道交通供電

線網(wǎng)指揮中心由軌道交通供電，并納入其中壓供電網(wǎng)絡(luò)，變電所不設(shè)柴油發(fā)電機(jī)組，設(shè)置適當(dāng)容量的不間斷電源(UPS)。由于軌道交通中壓供電網(wǎng)絡(luò)多采用環(huán)網(wǎng)接線形式，因此線網(wǎng)指揮中心變電所將引入2路中壓電源并引出2路環(huán)網(wǎng)饋線。軌道交通的2路電源為分列同時運(yùn)行，因此線網(wǎng)指揮中心變電所的主接線為單母線分段，并設(shè)母線分段開關(guān)。兩路引入線和兩路環(huán)網(wǎng)饋出線分別接在不同的母線段上。當(dāng)任一路引入線故障退出運(yùn)行時，閉合母線分段開關(guān)可實現(xiàn)繼續(xù)供電。當(dāng)正常的兩路電源同時退出，通過操作中壓供電網(wǎng)絡(luò)不同分區(qū)分界點處的應(yīng)急聯(lián)絡(luò)開關(guān)，可以由相鄰的另一個主變電所或電源開閉所繼續(xù)為線網(wǎng)指揮中心一級及以上的負(fù)荷供電。

4.2 由城市電網(wǎng)供電

線網(wǎng)指揮中心由城市電網(wǎng)雙重電源供電，兩路電源同時運(yùn)行，并設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組和適當(dāng)容量的不間斷電源(UPS)。變電所中壓主接線采用單母線分段，設(shè)母線分段開關(guān)。根據(jù)用電負(fù)荷量的情況，可將工藝(含機(jī)房精密空調(diào))變壓器和動力照明(含消防負(fù)荷)分別配置。由于柴油發(fā)電機(jī)是接入低壓配電系統(tǒng)的，所以在此只分析低壓配電系統(tǒng)的主接線(見圖1)和運(yùn)行方式。中壓主接線及運(yùn)行方式?jīng)]有特殊性，因而不再討論。

2臺工藝變壓器和2臺動力照明變壓器分別構(gòu)成低壓單母線分段接線，均設(shè)置母線分段開關(guān)。工藝變壓器承擔(dān)的全部都是一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，低壓兩段母線均為應(yīng)急母線;而在動力照明變壓器中只有消防負(fù)荷為一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷，并為其單獨(dú)設(shè)置應(yīng)急母線。因此，在2組變壓器構(gòu)成的低壓配電系統(tǒng)中，柴油發(fā)電機(jī)的接入方式存在不同，但都需要與對應(yīng)開關(guān)互鎖。

5 結(jié)語

采用軌道交通為線網(wǎng)指揮中心供電，可不設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組;采用城市電網(wǎng)供電，應(yīng)設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組。但利用軌道交通的中壓供電網(wǎng)絡(luò)為線網(wǎng)指揮中心供電，存在著線網(wǎng)指揮中心與軌道交通建設(shè)時序的配合問題，線網(wǎng)指揮中心納入線路數(shù)量的變化引起用電容量的增加，影響軌道交通電源容量和中壓供電網(wǎng)絡(luò)輸送容量的能力。因此，應(yīng)與軌道交通工程密切配合，并及時與甲方和當(dāng)?shù)毓╇姴块T協(xié)商。

圖1 低壓主接線

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