夏璐璐 何 進(jìn)

(中鐵二院華東勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司,310004,杭州∥第一作者，工程師)

城市軌道交通車站物業(yè)開發(fā)的配電設(shè)計(jì)

夏璐璐 何 進(jìn)

(中鐵二院華東勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司,310004,杭州∥第一作者，工程師)

分析了城市軌道交通車站物業(yè)開發(fā)配電設(shè)計(jì)現(xiàn)狀,明確了設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是物業(yè)業(yè)態(tài)(模式)及其對(duì)應(yīng)的負(fù)荷計(jì)算。一般車站物業(yè)開發(fā)配電預(yù)留電源可采用獨(dú)立配置的物業(yè)跟隨式降壓變電所，也可采用0.4 kV低壓側(cè)共享方式。通過研究在低壓側(cè)共享電源時(shí)物業(yè)開發(fā)容量對(duì)變壓器容量的影響,闡明了不同業(yè)態(tài)對(duì)應(yīng)的計(jì)算方法和面積劃分原則,并分析了地鐵車站物業(yè)開發(fā)配電設(shè)計(jì)需要注意的問題。

城市軌道交通; 物業(yè)開發(fā); 配電設(shè)計(jì); 業(yè)態(tài)分析; 負(fù)荷計(jì)算

1 現(xiàn)狀分析

城市軌道交具有投資大、運(yùn)營費(fèi)用高、建設(shè)周期長、社會(huì)效益高、經(jīng)濟(jì)效益差、成本回收難等特點(diǎn)[1-2]。目前,中國主要城市的軌道交通建設(shè)和運(yùn)營基本處于虧損或是政府補(bǔ)貼狀態(tài)。城市軌道交通沿線和車站的物業(yè)管理是城市軌道交通運(yùn)營的重要收入途徑,對(duì)實(shí)現(xiàn)城市軌道交通項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益十分必要。在保證城市軌道交通車站變電所對(duì)正線功能性負(fù)荷可靠供電的前提下,合理進(jìn)行車站物業(yè)開發(fā)配電設(shè)計(jì),對(duì)于城市軌道交通的可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排有重要意義。

根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查分析,一般城市軌道交通車站物業(yè)開發(fā)配電預(yù)留電源有以下兩種方案[3-4]。

(1) 方案一:配置獨(dú)立的35 kV/0.4 kV(或10 kV/0.4 kV)物業(yè)跟隨式降壓變電所(以下簡為“獨(dú)立物業(yè)跟隨所”)。該方案優(yōu)點(diǎn)為:預(yù)留容量較靈活,可適應(yīng)不完全穩(wěn)定的業(yè)態(tài)電源容量需求和以娛樂、餐飲類商鋪為主業(yè)態(tài)的較大電源容量需求。該方案缺點(diǎn)為:需占用車站變電所35 kV(或10 kV)開關(guān)柜的2面柜位,并占用物業(yè)開發(fā)區(qū)域至少120 m2有效開發(fā)面積,其土建投資較多。

(2) 方案二：采用0.4 kV低壓側(cè)共享方案。該方案優(yōu)點(diǎn)為:僅需占用車站變電所0.4 kV開關(guān)柜2～4面柜位,不需占用物業(yè)開發(fā)區(qū)域有效開發(fā)面積,土建投資不多。該方案缺點(diǎn)為:為保證正線車站功能性需求,其預(yù)留電源容量較小,需要得到準(zhǔn)確的車站建筑、裝修及動(dòng)力照明等專業(yè)耗能資料后方可進(jìn)行設(shè)計(jì)預(yù)留。

城市軌道交通車站的物業(yè)開發(fā)配電設(shè)計(jì)中,不同地區(qū)，乃至不同的設(shè)計(jì)單位及業(yè)主單位,會(huì)存在不同的設(shè)計(jì)習(xí)慣和設(shè)計(jì)原則,但對(duì)各方案卻均沒有較詳細(xì)的分析和比較。因此，本文在結(jié)合已投運(yùn)的多條城市軌道交通線路經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)設(shè)計(jì)中存在的普遍問題和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析,以期能得出較為完備合理的城市軌道交通車站物業(yè)開發(fā)配電設(shè)計(jì)方案。

2 配電設(shè)計(jì)中存在的問題

2.1 全線統(tǒng)一配置獨(dú)立物業(yè)跟隨所

有的設(shè)計(jì)為追求較大的預(yù)留容量,全線統(tǒng)一配置獨(dú)立物業(yè)跟隨所。若物業(yè)開發(fā)區(qū)域面積較小或物業(yè)開發(fā)業(yè)態(tài)需要的電源容量不大,則這種設(shè)計(jì)反而會(huì)導(dǎo)致物業(yè)設(shè)備用房面積進(jìn)一步擴(kuò)大,減少凈商鋪面積,從而造成物業(yè)開發(fā)區(qū)域過小,達(dá)不到預(yù)期物業(yè)開發(fā)效果。

2.2 采用低壓側(cè)共享方式預(yù)留容量太小

有的設(shè)計(jì)為節(jié)省土建設(shè)計(jì)費(fèi)用,或因?yàn)橛?jì)算方式的種種原因,即使物業(yè)開發(fā)區(qū)域面積較大(如2 000 m2以上),也仍舊采用0.4 kV低壓側(cè)共享方案。由于車站變電所首先應(yīng)保證對(duì)正線功能性負(fù)荷可靠供電,故這種設(shè)計(jì)可能會(huì)導(dǎo)致物業(yè)開發(fā)預(yù)留容量與實(shí)際物業(yè)開發(fā)招商的需求容量有一定不匹配。

2.3 物業(yè)業(yè)態(tài)對(duì)設(shè)計(jì)方案的影響

物業(yè)業(yè)態(tài)不穩(wěn)定的城市軌道交通車站物業(yè)開發(fā),會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)合理性造成較大影響。設(shè)計(jì)單位需在確定方案前對(duì)物業(yè)業(yè)態(tài)進(jìn)行較為詳細(xì)的了解和分析。只有這樣才能初步計(jì)算出物業(yè)開發(fā)區(qū)域負(fù)荷電源容量情況,進(jìn)而進(jìn)行相對(duì)準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)。

可見,在進(jìn)行城市軌道交通車站物業(yè)開發(fā)配電設(shè)計(jì)前，確定物業(yè)業(yè)態(tài)是設(shè)計(jì)關(guān)鍵所在。

3 配電設(shè)計(jì)方案

3.1 業(yè)態(tài)分析

城市軌道交通車站物業(yè)開發(fā)形式包括利用車站站廳層富余面積開發(fā)的商鋪、交通樞紐車站的集中商業(yè)開發(fā)，以及利用帶配線車站開發(fā)的地下商業(yè)街等。相應(yīng)的物業(yè)開發(fā)業(yè)態(tài)主要分為零星小商鋪、娛樂及餐飲類大型商鋪,以及混合型商鋪。根據(jù)文獻(xiàn)[5-7]分析,這3種物業(yè)開發(fā)業(yè)態(tài)各有特點(diǎn)。

(1) 零星小商鋪。多位于車站內(nèi)的地下過街通道及連接通道、換乘通道等空間,開發(fā)規(guī)模較小,以報(bào)刊亭、飾品店、茶水飲料店及小型超市為主,其用電負(fù)荷容量不大。以杭州地鐵物業(yè)開發(fā)預(yù)留為例,單個(gè)商鋪面積為20～50 m2,其實(shí)際用電量一般不超過20 kW。故本文按400 W/m2來計(jì)算此類物業(yè)業(yè)態(tài)的負(fù)荷容量指標(biāo)。

(2) 娛樂及餐飲類商鋪為主的大型商鋪。大型交通樞紐車站、帶配線車站和車站上蓋物業(yè)等的開發(fā)面積一般至少為上千平米。面積較大,客流密度大且流動(dòng)性強(qiáng),故配置以娛樂及餐飲為主的物業(yè)業(yè)態(tài),使有限的土地空間實(shí)現(xiàn)便民和盈利的雙重功能。以快餐類負(fù)荷為例[8],通常一處快餐店鋪面積為200～250 m2,其用電量通常為250 kW以上。故本文按1 000 W/m2來計(jì)算此類物業(yè)業(yè)態(tài)的負(fù)荷容量指標(biāo)。

(3) 混合型商鋪。一般交通換乘車站或帶配線車站等區(qū)域的物業(yè)開發(fā)面積中等,可配置零星小商鋪、辦公自用房、娛樂及餐飲類商鋪的混合型物業(yè)業(yè)態(tài)。根據(jù)文獻(xiàn)[9],應(yīng)按至少600 W/m2來計(jì)算此類物業(yè)業(yè)態(tài)的負(fù)荷容量指標(biāo)。

3.2 采用0.4 kV低壓側(cè)共享方案對(duì)車站配電變壓器容量影響分析

以容量為M1的單臺(tái)車站變電所配電變壓器為例，分析0.4 kV低壓側(cè)共享方案對(duì)車站配電變壓器容量的影響。建議車站變電所單臺(tái)配電變壓器容量不超過M2且能滿足對(duì)正線車站功能性負(fù)荷可靠供電。

假設(shè)增加的物業(yè)一二級(jí)負(fù)荷(設(shè)備負(fù)荷)容量為S1,物業(yè)三級(jí)負(fù)荷(其余負(fù)荷)容量為S2。則各種工況下的負(fù)荷情況分別為:

(1) 正常工況下,負(fù)荷容量應(yīng)占單臺(tái)配電變壓器容量70%,故2×70%×M1+S1+S2≤2×M2×70%,即S1+S2≤1.4×(M2-M1)。

(2) 單臺(tái)配電變壓器退出工況下,切除三級(jí)負(fù)荷,則車站站內(nèi)一二級(jí)負(fù)荷容量應(yīng)不超過單臺(tái)配電變壓器容量100%,故M1+S1≤M2×100%,即S1≤M2-M1。

(3) 火災(zāi)事故且單臺(tái)配電變壓器退出工況(最不利工況)下,切除三級(jí)負(fù)荷,則車站站內(nèi)一二級(jí)負(fù)荷最不利工況下容量S1,a應(yīng)不超過單臺(tái)配電變壓器容量的110%,則應(yīng)有110%×M1+S1,a≤M2×110%,即有S1,a≤1.1×(M2-M1)。

綜上,當(dāng)M1=1 000 kVA,M2=1 250 kVA時(shí),S1≤250 kVA,S2≤350 kVA-S1,S1，a≤275 kVA。如取功率因數(shù)0.9,則物業(yè)負(fù)荷容量可取的數(shù)值均偏小,不符合商業(yè)負(fù)荷要求。

當(dāng)M1=1 000 kVA,M2=1 600 kVA時(shí),S1≤600 kVA,S2≤840 kVA-S1,S1,a≤660 kVA。如取功率因數(shù)0.9,則有物業(yè)一二級(jí)負(fù)荷容量應(yīng)不超過540 kW。此時(shí),物業(yè)三級(jí)負(fù)荷容量的最大取值為216 kW。

根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，三級(jí)負(fù)荷在變壓器單臺(tái)退出的時(shí)候切除[10]。在滿足計(jì)算公式要求的前提下,一二級(jí)負(fù)荷容量可轉(zhuǎn)化為三級(jí)負(fù)荷容量。若已知商業(yè)負(fù)荷容量S2,則可反算出S1的數(shù)值,并可代入上述計(jì)算式來驗(yàn)證0.4 kV低壓側(cè)共享方案是否可行。

3.3 物業(yè)開發(fā)負(fù)荷計(jì)算

結(jié)合上海、杭州等地區(qū)的城市軌道交通車站物業(yè)開發(fā)經(jīng)驗(yàn),根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)(第三版)》，推薦設(shè)備用電指標(biāo)為120 W/m2。當(dāng)車站物業(yè)開發(fā)面積為A時(shí),物業(yè)開發(fā)區(qū)域內(nèi),零星小商鋪負(fù)荷用電指標(biāo)為400 W/m2,相應(yīng)物業(yè)開發(fā)負(fù)荷容量為:120 W/m2×A+400 W/m2×A=520 W/m2×A;以娛樂、餐飲類為主的大型商鋪負(fù)荷用電指標(biāo)為1 000 W/m2,相應(yīng)的物業(yè)開發(fā)負(fù)荷容量為120 W/m2×A+1 000 W/m2×A=1 120 W/m2×A;混合型商鋪的負(fù)荷用電指標(biāo)為600 W/m2，相應(yīng)的物業(yè)開發(fā)負(fù)荷容量為120 W/m2×A+600×A=720 W/m2×A。

3.4 設(shè)計(jì)方案面積劃分原則

假設(shè)M1=1 000 kVA,M2=1 600 kVA。

在零星小商鋪業(yè)態(tài)情況下,若采用0.4 kV低壓側(cè)共享方案,則有

(1)

可得,A≤1 500 m2,且A≤600 kVA×0.9(功率因數(shù))/120 W/m2=5 000 m2。故在零星小商鋪業(yè)態(tài)時(shí),由于商業(yè)負(fù)荷用電指標(biāo)不高,在物業(yè)開發(fā)總面積不超過1 500 m2時(shí)可考慮采用0.4 kV低壓側(cè)共享方案。

在娛樂、餐飲類大型商鋪為主業(yè)態(tài)的情況下,若采用0.4 kV低壓側(cè)共享方案,則有

可得,A≤750 m2。當(dāng)娛樂及餐飲類大型商鋪為主業(yè)態(tài)時(shí),由于商業(yè)負(fù)荷用電指標(biāo)很高,當(dāng)物業(yè)開發(fā)總面積不超過750 m2時(shí),應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況考量。若未存在多處大型娛樂、餐飲類商鋪的用電負(fù)荷,則可考慮采用0.4 kV低壓側(cè)共享方案；否則推薦采用設(shè)置獨(dú)立物業(yè)跟隨式降壓變電所方案。一般來說車站商業(yè)開發(fā),通常設(shè)置娛樂及餐飲類商鋪的區(qū)域較大,而其計(jì)算負(fù)荷指標(biāo)僅為一般值。為保證設(shè)計(jì)可靠,原則上推薦設(shè)置娛樂及餐飲類商鋪的大型物業(yè)開發(fā)區(qū)域采用設(shè)置獨(dú)立物業(yè)跟隨所方案,以滿足較大用電負(fù)荷的需求。

在混合型商鋪業(yè)態(tài)情況下,若采用0.4 kV低壓側(cè)共享方案,則有

可得，在混合型商鋪業(yè)態(tài)情況下,應(yīng)考慮到混合型商鋪用電負(fù)荷組成的不確定性。為保證設(shè)計(jì)可靠,建議物業(yè)開發(fā)總面積不超過1 050 m2,且根據(jù)實(shí)際情況考量。若未存在多處大型娛樂及餐飲類商鋪,可考慮采用0.4 kV低壓側(cè)共享方案；否則建議采用設(shè)置獨(dú)立物業(yè)跟隨所方案。

上海軌道交通12號(hào)線工程和杭州地鐵2號(hào)線一期工程(東南段)沿線物業(yè)開發(fā)配電方案設(shè)計(jì)如表1—2所示。

表1 上海軌道交通12號(hào)線工程車站物業(yè)開發(fā)配電一覽表

表2 杭州地鐵2號(hào)線一期工程車站物業(yè)開發(fā)配電一覽表

3.5 對(duì)車站變電所土建及其他專業(yè)影響

如采用獨(dú)立物業(yè)跟隨所方案，則需調(diào)整土建設(shè)計(jì)方案,以使車站變電所內(nèi)具備增加2面35 kV(或10 kV)開關(guān)柜條件。且預(yù)留物業(yè)開發(fā)區(qū)內(nèi)需單獨(dú)設(shè)置跟隨所,并考慮車站變電所通往物業(yè)跟隨所的電纜路徑。

如采用0.4 kV低壓側(cè)共享方案，則車站變電所應(yīng)具備增加0.4 kV開關(guān)柜的條件,且建筑結(jié)構(gòu)等專業(yè)均需做相應(yīng)調(diào)整,車站動(dòng)力照明專業(yè)也應(yīng)及時(shí)提交資料以供降壓變電所專業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)。

3.6 實(shí)際設(shè)計(jì)中的需要注意的幾個(gè)問題

(1) 物業(yè)部分需單獨(dú)計(jì)量[11]。采用獨(dú)立物業(yè)跟隨所方案時(shí),獨(dú)立計(jì)量裝置應(yīng)設(shè)置于獨(dú)立物業(yè)跟隨所饋線柜內(nèi)或物業(yè)0.4 kV饋線柜進(jìn)線處。采用0.4 kV低壓側(cè)共享方案時(shí),獨(dú)立計(jì)量裝置應(yīng)設(shè)置于降壓變電所0.4 kV物業(yè)饋線回路處或物業(yè)0.4 kV饋線柜進(jìn)線處。

(2) 以上配電設(shè)計(jì)方案僅為降壓變電所專業(yè)配合階段進(jìn)行容量估算和方案設(shè)計(jì)時(shí)使用。正式設(shè)計(jì)階段仍需根據(jù)準(zhǔn)確的物業(yè)開發(fā)業(yè)態(tài)和負(fù)荷資料進(jìn)行降壓變電所的專業(yè)計(jì)算和設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

綜上所述,要做好城市軌道交通車站物業(yè)開發(fā)配電設(shè)計(jì),應(yīng)該遵循如下原則:

(1) 車站變電所在保證對(duì)正線功能性負(fù)荷可靠供電的前提下,可對(duì)物業(yè)開發(fā)提供電源。

(2) 物業(yè)開發(fā)回路應(yīng)單獨(dú)設(shè)置計(jì)量裝置。

(3) 當(dāng)物業(yè)開發(fā)面積≥1 500 m2或配置大型娛樂及餐飲類商鋪時(shí),物業(yè)開發(fā)區(qū)宜設(shè)置獨(dú)立物業(yè)跟隨所,并由車站變電所為物業(yè)跟隨所提供獨(dú)立的2路35 kV(或10 kV)電源。車站變電所應(yīng)具備增加2面35 kV(或10 kV)饋線柜的條件。

(4) 當(dāng)物業(yè)開發(fā)面積<1 500 m2且不配置大型娛樂及餐飲類商鋪時(shí),如車站變電所單臺(tái)配電變壓器容量不超過1 600 kVA，且能夠滿足原則1要求時(shí),可考慮由車站變電所為物業(yè)開發(fā)集中提供0.4 kV電源,且車站變電所應(yīng)具備增加0.4 kV開關(guān)柜的條件。

(5) 既有土建情況無法滿足增加開關(guān)柜要求的,物業(yè)開發(fā)的用電可由城市電網(wǎng)接取。

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Power Distribution Design for Commercial Load at Subway Station

XIA Lulu, HE Jin

The present situation of power distribution design method for commercial load at subway station is analyzed, the business mode of property development and the corresponding load calculation are explicitely to be the key to the distribution design. Impact on the capacity of distribution transformer is studied when the commercial load shares the capacity of distribution transformer at a subway station, and the o.4kv low voltage sharing mode could also be adopted. Principles of area partition and calculation of different bussiness modes are proposed to calculate the commercial load at subway station.Finally, some problems in power distribution design for commercial development at subway station are discussed.

urban rail transit; commercial load; power distribution design; business mode analysis; load calculation

CREEC East China Survey and Design Co.,Ltd.,310004,Hangzhou,China

U 231.4; TU 984.11+3; TM 715

10.16037/j.1007-869x.2017.03.013

2015-12-25)