地铁变配电系统的工程设计分析

【摘要】由于地铁变配电系统主要提供对于除了电动列车之外的所有负荷的电能的供应，所以地铁变配电系统对于地铁的正常运营起着至关重要的作用。在我们国家，迫切需要加快地铁的工程建设，达到解决公共交通问题的目的的时代背景下，我们对于地铁变配电系统的工程设计的研究，有着十分重要的意义。笔者在本文中针对地铁变配电系统的工程设计做了初步的专题研究。

【关键字】地铁；变配电系统；工程设计

【中图分类号】U231.8 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）04-0275-01

1、地铁变配电系统的重要性

地铁的全称是地下铁道。它是一种独立并且有轨的交通系统，一般不会受到地面道路以及天气情况的影响，地铁是按照设计的能力正常运行的，能够快速、安全并且舒适地运送来回的乘客。地铁的效率很高，并且不会产生污染，也可以实现乘客大运量的要求，有着非常良好的社会效益。世界上第一条地下铁道是出现在英国伦敦。现在，伦敦依然是世界上地铁交通最为发达的城市之一，这些纵横交错的地下铁道给城市提供了更加快速、更为便捷的运输工具，不但大大的缓解了地表交通的压力，同时也成为了城市生活的一个重要特征之一。

地铁属于有轨交通，它的运输组织、功能实现以及安全保证都需要遵循有轨交通的客观规律。在运输组织方面，地铁必须实行集中调度、并且统一指挥、按照运行图去组织行车；在功能实现的方面，各个相关专业例如隧道、车辆、供电、线路、通信、BAS、AFC和通风空调、给排水工程、消防措施、照明队伍、电梯部门、门禁部门、屏蔽门等等都应该保证状态良好，保证正常的运行；在安全保证这一方面，主要是依靠行车组织以及众多设备能够正常运行来为必要的行车间隔以及正确的行车经路做出保证。

2、地铁变配电系统工程设计的主要特点

在地铁车站里面，配电系统的工程设计是最为复杂而又繁重的工作，设计的内容主要包括了：负荷计算、总体配电方案、动力配电系统以及照明配电系统。

2.1 负荷计算

地铁的实际负荷并不是所有用电设备额定功率相加之和。因为用电设备是不可能全部一起同时工作的，一般设备都不可能全部都满负荷，每一件用电设备的功率因数也不都是相同的。因此，在地铁电气系统的设计过程当中，一定要找出这些用电设备的等效负荷。“等效”的意思是这些用电设备在实际运行的时候产生的最大的热效应和等效的负荷所产生出的热效应相等，同时产生出来的最大温升和等效负荷所产生出的最高温升也相等。按照等效负荷，从满足用电设备的发热条件这个角度来选择各种用电设备。计算的负荷功率或者是负荷电流被称为“计算负荷”。计算负荷的计算可参照下列的公式：

其中n为用电设备总数，i为设备序列号，Q为用电计算负荷kVA，si为用电设备i的视在功率kVAR，Pi为用电设备i的有功功率kW。计算负荷指的是一种假想的持续负荷，这种负荷的热效应和实际变动的负荷所产生出的最大热效应是相等的。一般采用30分钟的时间间隔的负荷的最大平均值来做计算负荷，它被看为确定供电容量、电气设备以及线材规格、无功补偿与线路压降的依据。计算负荷一定要准确得当，过小的话会引起变压器以及线路过热的现象，加速它的绝缘损坏，而过多的损耗能量，则会增加电压的损失从而破坏正常的运行条件，有时甚至会引起线路失火，结果造成重大的事故。反之，若是计算负荷偏大，则会使变压器的容量过剩，同时线路截面过大，使得开关的整定电流过高，这样就会造成工程投资增加，产生不必要的浪费。所以，应该正确并合理地对地铁的配电系统做工业设计，负荷计算是其中至关重要的一环。

2.2 总体配电方案的工程设计

地铁的用电负荷按照功能的不同可以分为两大类，一类是电动机车运行时需要的牵引电力，第二类是车站、区间、车辆段以及控制中心等的建筑物需要的动力照明要用的电，例如风机、空调水泵及电梯、照明、FAS、通信、信号以及屏蔽门等等。地铁供电系统担负了地铁运行所需要的电能的传输以及供应，供电系统是保障地铁能够安全、可靠运行的重要保证。地铁供电系统主要由外部电源和主变电所（也称电源开闭所）以及牵引供电系统和变配电系统、电力监控系统这几个部分组成的。外部电源是来自城市电网，一般是采用集中式、分散式或者混合式等的形式，一般外部电源的电压等级是110kV或者10kV。

2.3 动力配电系统

地铁动力指的是地铁车站里面的风机、电机和水泵等必须使用380/220V交流电源的设备。车站动力配电的设计范围一般是从降压变电所的配电变压器后的低压开关柜以及交直流盘馈出的电缆头开始到车站的动力用电设备。因为地铁车站通风的空调设备数量比较多，为了便于集中的供电以及控制，在车站的两端的通风空调机房的附近范围内设置了环控电控室。从环控电控室里给各种风机和空调、水泵等等通风空调设备提供放射式的供电方式来配出电力；冷水机组作为通风空调设备当中容量最大的设备组，一般直接由降压变电所配出。通风空调设备除了可以在环控电控室控制外，一般都是采用就地控制以及综合控制这样两种控制方式。就地控制指的是在设备旁设置就地控制箱，来实现现场的操控；而综合控制指的是在车站综合控制室里面使用BAS系统来实现对设备的控制和监视，并把采集到的信息送到中央控制室里。给排水设备内设置水位自动控制，给BAS系统提供一个监视接口。地铁内一般是采用的超声波液位探测器，它具有了极高的准确性和可靠性。

2.4 照明配电系统

地铁与地面的建筑相比来说最大的一个特点是没有天然的采光，而主要依赖人工照明。地铁照明使用的时间较长，而且对于照度及可靠性的要求也很高，尤其是地铁照明能耗所占的电力能耗的比重比较大。所以，在地铁照明设计中应该合理的选用光源、灯具和照明的控制方式，注重提高照明的质量以及照明用品的节能效果。地铁照明分类是：车站一般照明、车站应急照明和区间工作照明、区间应急照明及广告照明和安全照明；应急照明属于一级负荷，车站一般照明、区间工作照明和安全照明属于二级负荷，而广告照明则属于三级负荷。

一般照明：主要分为公共区域照明以及设备管理用房的照明，公共区域照明是集中管理、统一控制的，车站附属的房间和设备用房照明是就地控制，一般是由单独的回路供电。公共区域照明的每一个分区都是采用两路电源来交叉供电的方式，一路电源发生了故障的时候，另一路电源可了维持50%的照明。一旦运营高峰过去之后就能够停掉一部分支路，方便了节约照明用电。夜间列车停运之后把一般的照明关掉，可以依靠应急照明。

应急照明：为了确保车站出现故障的时候可以顺利并且安全地疏散乘客，照明人员在地下车站设置了220V的蓄电池组（供电时间大于60分钟），在两路交流电源全部失压的情况下给应急照明供电。应急照明一般在正常情况下是由交流电源供电的，当交流电源停电的时候就自动切换到由蓄电池组供电的电路。应急照明在车站的站厅和站台以及出入口处是常明灯，没有设集中控制；车站附属的房间和设备用房则采用了就地控制。

区间照明：单线隧道设置在行车方向左侧的墙上，可以分为工作照明以及应急照明，每隔5米设置一盏11W的荧光灯，这样的两种照明相间布置。

安全照明：降压变电所电缆夹层和站台板下电缆通道以及高度低于1.8m的风道设置了安全照明，一般采用的是36V的安全电压，照明变压器设置在相应层的照明配电室里面。

广告照明：给设置在公共区域以及出入口处的广告灯箱供电。

3、小结

我国的地铁变配电系统设计目前还存在着其他的一些问题，和国外的相比较仍然有着较大的差距。但是随着地铁在全国各个大城市的不断延伸，在设计人员不断持续地深入的研究下，一定会有更加先进而且合理的设计理念以及设计方案出现。