地铁车站电源切换箱的应用分析

摘要：本文结合地铁车站负荷分类及供电要求，对地铁车站末级配电箱的自动转换装置的功能、设置需求、实际应用等方面进行了分析阐述。

关键词：自动转换装置、地铁工程、负荷分类、低压配电箱

Abstract: based on the subway station load classification and power supply requirements, in metro station level distribution box at the end of the automatic conversion device functions, set up demand, and practical application are discussed in this paper.

Keywords: automatic switching device, subway engineering, load classification, low voltage distribution box

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

1.地铁车站用电设备的负荷分类及设计原则

在国家规范《GB50157-2003地铁设计规范》中，对地铁车站用电设备的负荷分类是有基本要求的。在广州地铁工程的设计技术要求中，也明确了这部分内容。

1.1 地铁车站用电设备的负荷分类及配电方式

地铁低压配电与照明系统主要由动力变压器、低压柜（包括降压变电所内低压柜和环控电控室内低压柜）、各级配电箱和控制箱以及电缆、电线和照明灯具组成。其主要功能是根据地铁各系统设备的要求，安全、可靠、经济地对各系统设备供电，满足运营需要。其中，用电设备按其不同的用途和重要性分为一、二、三级负荷。

1.1.1 一级负荷及其供电要求

应急照明、变电所操作电源、FAS（火灾自动报警系统）设备、消防系统设备、消防电梯、地下站厅站台照明、地下区间照明、排烟系统用风机及电动阀门、通信系统设备、信号系统设备、电力监控系统设备、BAS（环境与设备监控系统）设备、AFC（自动售检票系统）设备、兼作疏散用的自动扶梯、屏蔽门、防护门、防淹门、车站排水泵及其它紧急情况（包括火灾）时仍需运行的设备。其中应急照明、变电所操作电源、FAS设备、通信系统设备、信号系统设备为特别重要负荷。

一级负荷一般自降压变电所的两段母线分别馈出一路电源，在末端配电箱自动切换。相邻的一级负荷可共用切换箱。

环控一级负荷设备从降压变电所的两段母线分别引出一路电源，在环控电控室进行自动切换，再从环控电控室母线单回路引至用电负荷。或者，从降压变电所一、二级负荷母线单回路引至用电负荷。

公共区照明采用分块控制、交叉供电的配电方式，由变电所两段母线各担负一半负荷。

1.1.2 二级负荷及其供电要求

地面站厅站台照明、附属房间照明、普通风机、排污泵、电梯、自动扶梯及需要24小时运营的空调系统（包括其冷水机组、水泵、冷却塔及相关电动阀门等）。

从降压变电所、环控电控室的一、二级负荷母线馈出单回路供电电源至设备末端配电箱。

1.1.3 三级负荷及其供电要求

其它空调制冷及水系统设备、锅炉设备、广告照明、清洁设备、电热设备。

从降压变电所三级负荷母线单回路供电至末端配电箱或设备。当供电系统为非正常运行方式时，允许将其切除。

2.电源切换箱的自动转换装置（ATSE）的分析

依据国家规范GB50052-95《供配电系统设计规范》与行业标准JGJ/16-92《民用建筑电气设计规范》的要求：对于一些较重要的一、二级负荷，应采用双电源供电。但建筑物的应急照明、消防控制室、消防水泵、消防电梯、防烟排烟风机等消防设备的供电，应在最末一级配电箱处设置自动切换装置。

目前在广州地铁五号线、二八号线延长线、广佛线的车站低压配电箱中的电源切换箱主要有两类。一类是接触器型电源切换箱，另一类是ATS型电源切换箱。

2.1 接触器型电源切换箱

接触器型电源切换箱的功能主体，即自动切换装置（ATSE），主要部件是两个接触器。两个接触器通过组合，再经过合理的机械/电气联锁以后，作为切换执行部件，完成电源转换功能。（见图1）

图1：ATSE的基本原理图

2.1.1 ATSE的基本功能

（1）具有机械、电气双重互锁功能。（2）能实现双电源的手、自动切换和安全隔离。（3）设置主备电源指示灯、装置运行状态指示灯。（4）电源切换时间不大于3s。（5）机械寿命5000次以上，电气寿命1000次以上。（6）采用不自投自复的操作。

2.1.2 接触器互锁

ATSE利用接触器的工作原理，具有禁止功能，在线路中起安全保护作用。当电源一正常投入且断路器1QF接通，按下启动按钮1SF，电源1的回路接通，电源指示灯1HW通电显示。接触器线圈1KM通电动作后，1KM的常开触点闭合，装置运行状态指示灯通电显示，1KM的常闭触点断开了电源二回路。若2KM得电吸合，必须先使1KM断电释放，其常闭触点复位。这就防止了1KM、2KM同时吸合造成两路电源同时接入发生故障，起到了互锁作用。

2.2 ATS型电源切换箱

ATS型电源切换箱的的ATSE是集开关与逻辑控制于一体的装置，无需外加控制器；即一体式PC级自动转换装置。ATSE采用PC级四级双位的开关本体，采用线圈瞬时励磁动作互投技术。开关采用互为主备的自投/自复模式。开关本体能够接通、承载、但不用于分断短路电流。

2.2.1 ATSE的基本功能

（1）具有机械、电气双重互锁功能。（2）能实现双电源的手动电气带载转换与手动机械转换功能。（3）采用双投转换开关形式。（4）采用线圈瞬时励磁动作转换操作机构。（5）具有独立的灭弧接点。（6）额定电压为380VAC、50Hz，耐受电压为480VAC以上。（7）有高短路耐受能力,大于或等于其前端断路器的短路分断能力。（8）额定短时耐受电流20KA及以上。（9）电源切换时间不大于0.25s。（10）机械寿命6000次以上，电气寿命3000次以上。

2.2.2 控制器部分

（1）采用微处理器为核心。（2）设置主备电源指示灯、装置运行状态故障指示灯。（3）可侦测两路电源的电压和频率，具有电压/频率异常警告功能。（4）具有开关切换延时设定功能。

3.电源切换箱的应用情况

3.1 ATSE的结构及性能对比

表1

通过对两类电源切换箱的ATSE功能以及特性进行对比分析（见表1），可看到接触器型ATSE与一体式PC级ATSE在以下三方面的差异

（1）可靠性：相对于一体式PC级ATSE，接触器型ATSE因其接触器线圈长期通电耗能，受电网波动线圈烧毁几率相对较高；其触头也因抖动易熔焊。在机械连锁、电气可靠性方面，两类型ATSE有着本质区别，一体式PC级ATSE相对更安全、更可靠。

（2）转换速度：一体式PC级ATSE的切换平稳可靠，一般为0.1～0.2s。接触器型ATSE一般只有1～3s。

（3）设备成本：接触器型ATSE是最早应用于工程设计与实践中的，一般由成套厂家自行组装，生产制造方便；由于只完成电源转换功能，因此电路简单、价格相对较低。一体式PC级ATSE为统一设计制造，可实现自投自复、自投不自复、失压、欠压、断相保护、手动/自动转换、延时控制等多种功能，价格相对较高。

3.2 末级低压配电箱的电源切换实施应用情况（见表2）

表2

以广州地铁五号线、二八号线延长线、广佛线为例，其电源切换箱的设置有以下应用经验：

（1）关于回路/负荷的重要性：对于地铁车站，FAS电源、PIDS电源、通信电源、主控电源、屏蔽门电源等均与消防安全、信号安全或列车安全有密切关系的重要电源回路，一般以ATS型电源切换箱实现供电功能。

另外考虑运营管理模式，车站控制室作为车站紧急控制（IBP）盘、CCTV、调度控制等众多设备的管理用房，既面向车站公共区又联系设备区，因此针对该房间内的AFC电源、气体灭火电源、FAS电源、门禁电源、OA系统电源和网络系统电源，综合设置一台ATS型电源切换箱。

（2）关于转换速度：对于地铁车站出入口部位的设备，以及水泵、防淹门等非重要设备，一般对电源切换的速度没有太高的要求，只要能实现电源系统的切换即可满足功能需求，故设置接触器型电源切换箱已满足此功能。对于车站的一级负荷，除了要求电源切换箱的安全、可靠性以外，对转换速度有严格要求的场合，可考虑设置ATS型电源切换箱。

4.小结

电源切换箱的主要核心部件自动转换开关（ATSE），是一种电源切换系统类的产品，随着技术的不断发展与进步，必然向着大电流容量、更多电压等级、更高切换可靠性、更快切换速度、更完善功能的方向发展。

对于地铁行业等具有特殊环境、特殊安全要求的应用场合，工程人员可以充分考虑实际应用环境、运营维保需求以及造价成本等综合因素，合理选择ATSE，设置安全、可靠及高性价比的电源切换箱。

参考文献

1.国家标准《低压开关设备和控制设备》第6部分：多功能电器 第1篇：自动转换开关电器

2.International Electrotechnical Commission：IEC60947-6-1：1998，IDT

3.《GB50157-2003地铁设计规范》

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。