蔣澤進(jìn)

【摘要】由于地鐵變配電系統(tǒng)主要提供對于除了電動列車之外的所有負(fù)荷的電能的供應(yīng)，所以地鐵變配電系統(tǒng)對于地鐵的正常運營起著至關(guān)重要的作用。在我們國家，迫切需要加快地鐵的工程建設(shè)，達(dá)到解決公共交通問題的目的的時代背景下，我們對于地鐵變配電系統(tǒng)的工程設(shè)計的研究，有著十分重要的意義。筆者在本文中針對地鐵變配電系統(tǒng)的工程設(shè)計做了初步的專題研究。

【關(guān)鍵字】地鐵；變配電系統(tǒng)；工程設(shè)計

【中圖分類號】U231.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0275-01

1、地鐵變配電系統(tǒng)的重要性

地鐵的全稱是地下鐵道。它是一種獨立并且有軌的交通系統(tǒng)，一般不會受到地面道路以及天氣情況的影響，地鐵是按照設(shè)計的能力正常運行的，能夠快速、安全并且舒適地運送來回的乘客。地鐵的效率很高，并且不會產(chǎn)生污染，也可以實現(xiàn)乘客大運量的要求，有著非常良好的社會效益。世界上第一條地下鐵道是出現(xiàn)在英國倫敦?，F(xiàn)在，倫敦依然是世界上地鐵交通最為發(fā)達(dá)的城市之一，這些縱橫交錯的地下鐵道給城市提供了更加快速、更為便捷的運輸工具，不但大大的緩解了地表交通的壓力，同時也成為了城市生活的一個重要特征之一。

地鐵屬于有軌交通，它的運輸組織、功能實現(xiàn)以及安全保證都需要遵循有軌交通的客觀規(guī)律。在運輸組織方面，地鐵必須實行集中調(diào)度、并且統(tǒng)一指揮、按照運行圖去組織行車；在功能實現(xiàn)的方面，各個相關(guān)專業(yè)例如隧道、車輛、供電、線路、通信、BAS、AFC和通風(fēng)空調(diào)、給排水工程、消防措施、照明隊伍、電梯部門、門禁部門、屏蔽門等等都應(yīng)該保證狀態(tài)良好，保證正常的運行；在安全保證這一方面，主要是依靠行車組織以及眾多設(shè)備能夠正常運行來為必要的行車間隔以及正確的行車經(jīng)路做出保證。

2、地鐵變配電系統(tǒng)工程設(shè)計的主要特點

在地鐵車站里面，配電系統(tǒng)的工程設(shè)計是最為復(fù)雜而又繁重的工作，設(shè)計的內(nèi)容主要包括了：負(fù)荷計算、總體配電方案、動力配電系統(tǒng)以及照明配電系統(tǒng)。

2.1 負(fù)荷計算

地鐵的實際負(fù)荷并不是所有用電設(shè)備額定功率相加之和。因為用電設(shè)備是不可能全部一起同時工作的，一般設(shè)備都不可能全部都滿負(fù)荷，每一件用電設(shè)備的功率因數(shù)也不都是相同的。因此，在地鐵電氣系統(tǒng)的設(shè)計過程當(dāng)中，一定要找出這些用電設(shè)備的等效負(fù)荷?！暗刃А钡囊馑际沁@些用電設(shè)備在實際運行的時候產(chǎn)生的最大的熱效應(yīng)和等效的負(fù)荷所產(chǎn)生出的熱效應(yīng)相等，同時產(chǎn)生出來的最大溫升和等效負(fù)荷所產(chǎn)生出的最高溫升也相等。按照等效負(fù)荷，從滿足用電設(shè)備的發(fā)熱條件這個角度來選擇各種用電設(shè)備。計算的負(fù)荷功率或者是負(fù)荷電流被稱為“計算負(fù)荷”。計算負(fù)荷的計算可參照下列的公式：

其中n為用電設(shè)備總數(shù)，i為設(shè)備序列號，Q為用電計算負(fù)荷kVA，si為用電設(shè)備i的視在功率kVAR，Pi為用電設(shè)備i的有功功率kW。計算負(fù)荷指的是一種假想的持續(xù)負(fù)荷，這種負(fù)荷的熱效應(yīng)和實際變動的負(fù)荷所產(chǎn)生出的最大熱效應(yīng)是相等的。一般采用30分鐘的時間間隔的負(fù)荷的最大平均值來做計算負(fù)荷，它被看為確定供電容量、電氣設(shè)備以及線材規(guī)格、無功補償與線路壓降的依據(jù)。計算負(fù)荷一定要準(zhǔn)確得當(dāng)，過小的話會引起變壓器以及線路過熱的現(xiàn)象，加速它的絕緣損壞，而過多的損耗能量，則會增加電壓的損失從而破壞正常的運行條件，有時甚至?xí)鹁€路失火，結(jié)果造成重大的事故。反之，若是計算負(fù)荷偏大，則會使變壓器的容量過剩，同時線路截面過大，使得開關(guān)的整定電流過高，這樣就會造成工程投資增加，產(chǎn)生不必要的浪費。所以，應(yīng)該正確并合理地對地鐵的配電系統(tǒng)做工業(yè)設(shè)計，負(fù)荷計算是其中至關(guān)重要的一環(huán)。

2.2 總體配電方案的工程設(shè)計

地鐵的用電負(fù)荷按照功能的不同可以分為兩大類，一類是電動機車運行時需要的牽引電力，第二類是車站、區(qū)間、車輛段以及控制中心等的建筑物需要的動力照明要用的電，例如風(fēng)機、空調(diào)水泵及電梯、照明、FAS、通信、信號以及屏蔽門等等。地鐵供電系統(tǒng)擔(dān)負(fù)了地鐵運行所需要的電能的傳輸以及供應(yīng)，供電系統(tǒng)是保障地鐵能夠安全、可靠運行的重要保證。地鐵供電系統(tǒng)主要由外部電源和主變電所（也稱電源開閉所）以及牽引供電系統(tǒng)和變配電系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)這幾個部分組成的。外部電源是來自城市電網(wǎng)，一般是采用集中式、分散式或者混合式等的形式，一般外部電源的電壓等級是110kV或者10kV。

2.3 動力配電系統(tǒng)

地鐵動力指的是地鐵車站里面的風(fēng)機、電機和水泵等必須使用380/220V交流電源的設(shè)備。車站動力配電的設(shè)計范圍一般是從降壓變電所的配電變壓器后的低壓開關(guān)柜以及交直流盤饋出的電纜頭開始到車站的動力用電設(shè)備。因為地鐵車站通風(fēng)的空調(diào)設(shè)備數(shù)量比較多，為了便于集中的供電以及控制，在車站的兩端的通風(fēng)空調(diào)機房的附近范圍內(nèi)設(shè)置了環(huán)控電控室。從環(huán)控電控室里給各種風(fēng)機和空調(diào)、水泵等等通風(fēng)空調(diào)設(shè)備提供放射式的供電方式來配出電力；冷水機組作為通風(fēng)空調(diào)設(shè)備當(dāng)中容量最大的設(shè)備組，一般直接由降壓變電所配出。通風(fēng)空調(diào)設(shè)備除了可以在環(huán)控電控室控制外，一般都是采用就地控制以及綜合控制這樣兩種控制方式。就地控制指的是在設(shè)備旁設(shè)置就地控制箱，來實現(xiàn)現(xiàn)場的操控；而綜合控制指的是在車站綜合控制室里面使用BAS系統(tǒng)來實現(xiàn)對設(shè)備的控制和監(jiān)視，并把采集到的信息送到中央控制室里。給排水設(shè)備內(nèi)設(shè)置水位自動控制，給BAS系統(tǒng)提供一個監(jiān)視接口。地鐵內(nèi)一般是采用的超聲波液位探測器，它具有了極高的準(zhǔn)確性和可靠性。

2.4 照明配電系統(tǒng)

地鐵與地面的建筑相比來說最大的一個特點是沒有天然的采光，而主要依賴人工照明。地鐵照明使用的時間較長，而且對于照度及可靠性的要求也很高，尤其是地鐵照明能耗所占的電力能耗的比重比較大。所以，在地鐵照明設(shè)計中應(yīng)該合理的選用光源、燈具和照明的控制方式，注重提高照明的質(zhì)量以及照明用品的節(jié)能效果。地鐵照明分類是：車站一般照明、車站應(yīng)急照明和區(qū)間工作照明、區(qū)間應(yīng)急照明及廣告照明和安全照明；應(yīng)急照明屬于一級負(fù)荷，車站一般照明、區(qū)間工作照明和安全照明屬于二級負(fù)荷，而廣告照明則屬于三級負(fù)荷。

一般照明：主要分為公共區(qū)域照明以及設(shè)備管理用房的照明，公共區(qū)域照明是集中管理、統(tǒng)一控制的，車站附屬的房間和設(shè)備用房照明是就地控制，一般是由單獨的回路供電。公共區(qū)域照明的每一個分區(qū)都是采用兩路電源來交叉供電的方式，一路電源發(fā)生了故障的時候，另一路電源可了維持50%的照明。一旦運營高峰過去之后就能夠停掉一部分支路，方便了節(jié)約照明用電。夜間列車停運之后把一般的照明關(guān)掉，可以依靠應(yīng)急照明。

應(yīng)急照明：為了確保車站出現(xiàn)故障的時候可以順利并且安全地疏散乘客，照明人員在地下車站設(shè)置了220V的蓄電池組（供電時間大于60分鐘），在兩路交流電源全部失壓的情況下給應(yīng)急照明供電。應(yīng)急照明一般在正常情況下是由交流電源供電的，當(dāng)交流電源停電的時候就自動切換到由蓄電池組供電的電路。應(yīng)急照明在車站的站廳和站臺以及出入口處是常明燈，沒有設(shè)集中控制；車站附屬的房間和設(shè)備用房則采用了就地控制。

區(qū)間照明：單線隧道設(shè)置在行車方向左側(cè)的墻上，可以分為工作照明以及應(yīng)急照明，每隔5米設(shè)置一盞11W的熒光燈，這樣的兩種照明相間布置。

安全照明：降壓變電所電纜夾層和站臺板下電纜通道以及高度低于1.8m的風(fēng)道設(shè)置了安全照明，一般采用的是36V的安全電壓，照明變壓器設(shè)置在相應(yīng)層的照明配電室里面。

廣告照明：給設(shè)置在公共區(qū)域以及出入口處的廣告燈箱供電。

3、小結(jié)

我國的地鐵變配電系統(tǒng)設(shè)計目前還存在著其他的一些問題，和國外的相比較仍然有著較大的差距。但是隨著地鐵在全國各個大城市的不斷延伸，在設(shè)計人員不斷持續(xù)地深入的研究下，一定會有更加先進(jìn)而且合理的設(shè)計理念以及設(shè)計方案出現(xiàn)。