地铁工程变配电系统的设计研究

地铁工程变配电系统的设计研究

齐大伟

济南轨道交通集团第一运营有限公司 山东济南 250000

摘要：地铁中配电系统的主要功能是满足除火车以外的所有负载的电能需求。 因此，该系统在地铁的正常运行中起着不可忽视的重要作用。在社会经济快速发展的背景下，结合国家“十三五”规划的持续实施，对地铁配电系统工程设计的研究越来越重要，因为这在一定程度上对于缓解城市的交通压力意义重大。本文研究分析了变电站配电系统中的负荷计算、配电的一般方案、配电系统设计以及照明配电方案。

关键词：地铁工程；变配电系统；设计

引言

地铁是地下铁路的简称，它是一个独立的铁路运输系统，不受地面道路和天气条件的影响，能够根据其设计能力正常运行，因此可以快速、安全且舒适地承担运输乘客的任务。地铁是高效的、不污染环境并且可以满足高吞吐量的要求的运载工具，具有出色的社会效益。世界上第一条地铁出现在英国伦敦，时至今日，伦敦仍然是世界上地铁最先进的城市之一，地铁为城市提供了便捷的交通，这不仅大大减少了地面交通负荷，而且还是城市生活的重要特征^[1]。

1、地铁变配电系统的重要性

地铁是地下城市轨道交通系统，是中国主要城市公共交通发展的重要方向， 原因是有关的土壤条件和天气等因素不会影响到地铁，地铁可以按时、准点的全天候运行，目标是安全、舒适、快捷地将乘客运送到目的地。同时，由于其一次可以运载更多的乘客，拥有较高的时效性和相对较低的污染，所以发展地铁既符合国家环境政策的现代要求，又符合现代城市发展的要求。供电系统的可靠性是地铁安全运行的重要保证和前提，根据电力消耗的性质，电源系统可以分为主要基于变电站的牵引供电系统和主要基于低压变电站的变压器配电系统两个系统。运输的组织，功能的实现以及地铁的安全性和可靠性均根据当前的相关运输标准和规范进行。地铁运营是一个协调高效的运输系统，其主要目的是安全可靠的运营，运行过程中需要众多工作人员的相互配合。安全的配电系统是安全可靠运行的关键保证^[2]。

2、地铁配电的设计原则

地铁电源是指在地铁站使用交流电源的设备，例如风扇、电机和水泵等。用于电力设备（例如泵，电梯，自动扶梯）的电源，以及用于通讯、警报、屏蔽门、气体灭火等的双电源系统直接由降压变电所的线以放射配电方式输出,采用接地保护系统。地铁车站和维修用电可以设一台动力插座箱，接收电源方式是链式，考虑每个插座的功率，每个通道仅考虑一个插座。地铁站拥有大量的通风和空调设备，因此为了便于中央供电和控制，在车站的两端都安装了环控电控室，靠近通风和空调室的位置。从环控电控室到各种风扇、空调、水泵和其他能源分配通风和空调设备的配电方式是放射式的，空调冷却器通常是直接从降压变电站得到电力，因为它是最大容量的通风和空调设备。通风和空调设备不仅可以在环控电控室，还可以采用本地控制和集成控制等方案进行控制。现场控制是指在设备附近安装本地控制单元，以进行现场控制和集成控制，即该站点的集成控制站内的系统对设备进行监视，并将收集到的信息发送到中央控制室^[3]。

3、地铁变配电系统设计的主要内容

3.1、总体配电方案

地铁的电力负载通常根据功能效果分为两种形式，第一个是操作电力机车所需的牵引电力，第二个是用于电气照明的电力，通常是车站、区间、车辆检修厂和控制中心等建筑物所需。地铁电力系统是提供地铁正常运行所需电能的传输和供应的设备系统，并且是地铁安全可靠运行的关键前提。地铁项目的外部电源通常使用城市电网，但共有三种类型的电源：集中式，分散式和混合式。地铁项目一般使用三种类型的降压变压器，一主房，一主房一辅房，一主房一室型。第一种形式是该站只有一个降压变压器变电站；第二种形式是该降压变压器变电站安装在该站的一端，而辅助的变压器位于变电站另一端；第三种形式是在站的两端设计降压变压器变电站和低压配电室^[4]。

3.2、地铁照明配电设计

车站大厅和站台的每一端都安装了照明配电室，以方便车站进行相关的操作和管理，一般的安装方式是上下层的配电室对齐安装，这样的安装方式不仅有利于对配电室进行管理，而且也方便铺设线缆。车站照明配电箱位于照明配电室的中央，便于控制照明系统。车站一般照明、广告照明配电箱电源引自降压变电所,安全照明由车站一般照明配电箱中的一个单独回路供电,车站应急照明配电箱电源由车站直流屏引来。图1为一个车站的照明配电系统。

图1  地铁照明配电系统图 

3.3、消防设备电气配线设计

发生火灾时，消防设备的正常运行对人员的安全疏散，控制火势蔓延和减少火灾损失起着非常重要的作用。因此，消防设备配电系统必须可靠、耐火、安全、高效，以确保电源在着火的期间不会中断，保护人身安全和设备通电，必须符合科学要求，努力确保电能质量，简化系统接线，做到低投资和低维护成本。在对消防电气设备和线路进行实际设计的时候，根据灭火设备的差异性，设计电力线必须使用耐火或耐热材质的电线。也可以采用自动报警系统，如图2所示

^[5]。

图2 消防自动报警系统

3.4、负荷计算

地铁负载并不是指所有电气设备的总负载，这是因为所有耗能设备同时在满负载下运行的可能性非常小，并且每个设备的功率因数都不相同，在系统的设计过程中，有必要在设计的时候计算电气设备的等效负荷，计算一系列负载功率或负载电流就是对负载进行了计算。在正常情况下，将30分钟时间内最大负载中的平均数用作计算的负载，它是确定功率、电气设备、电缆材料特性，无功功率补偿和网络压降功率的基础。需要注意的有，设计负载值必须适当，如果额定负载太低，则变压器和线路会发热，绝缘损坏时间将变得很短，并且能耗也会增加，甚至有的时候如果线缆过热有可能会产生大火，进而产生非常严重的安全事故。相反，如果额定负载过高，则变压器的功率会过大，线路的横截面会增加，开关的电流会过高，从而增加了投资成本。因此，在地铁项目设计中计算配电系统的负荷与地铁的安全稳定运行有密切关系，必须准确合理。

结束语

当然，在中国设计地铁配送系统时还存在其他问题，与国外相比存在很大差距。但是，随着全国大城市地铁的发展以及设计师的不断深入研究，一定会带来更加科学、合理的概念和设计。同时，除了传统轮轨模式轨道交通外，我国也开始研究中低速磁悬浮技术。所以地铁配电系统的设计必须跟上最新的高科技发展，并在设计中使用更新的技术。

参考文献：

[1]左传文.BIM技术在广州地铁六号线变配电所电缆敷设中的应用研究[J].土木建筑工程信息技术,2018,10(01):55-59.

[2]吴淑娟.地铁工程变配电系统的设计研究[J].科技创新与应用,2016(20):217.

[3]刘敏.地铁变配电系统的工程设计研究[D].湖南大学,2006.

[4]王亚妮.地铁变电所综合自动化系统结构分析[J].广东电力,2006(10):35-38.

[5]彭玲.浅谈地铁变配电系统设计[J].华中电力,1999(03):43-45.