地鐵低壓配電系統的設計與配合

張振宇

（北京城建設計研究總院，北京 100037）

1 引言

地鐵低壓配電系統是地鐵供電網絡中全方位的服務功能，承擔了除給電動車組供電以外給所有低壓負荷提供電能的重要任務，保證所有動力照明設備配電的安全、可靠、有效、經濟。但是地鐵的各種服務性設備系統較多，運行工況也各不相同，且低壓配電系統與各系統的接口也比較復雜，因此低壓配電系統在設計時了解相關專業及其設備的運行工況，在設計過程中密切配合，是低壓配電系統能更好完成設計的重要條件。

本文針對設計過程中的三個方面的問題作了分析闡述，或許對設計者起到幫助和啟示：

（1）地鐵區間的主排水泵、雨水泵、射流風機的配電設計。

（2）相關接口專業自帶雙電源切換裝置時的配電設計。

（3）相關接口專業給低壓配電系統提用電資料時的認識誤區。

2 區間主排水泵、雨水泵、射流風機的配電

地鐵兩車站間的區間長度一般為1km左右，其間的220/380V配電設備比較分散且容量不大，一般來講均由設在區間兩端的車站變電所提供電源。兩端車站變電所在區間部分的供電的分界點在區間中點里程。對低壓配電系統來講，區間部分的配電設備配電半徑長達500m，屬于長距離低壓配電。低壓配電要考慮到線路壓損、保護靈敏性校驗等方面的因素，綜合考慮制定合理的配電系統。區間低壓配電系統由于配電距離長，因此造價較高，制定合理的配電系統對低壓配電系統專業設計者來講是應著重思考的地方。下面對區間主排水泵、雨水泵及射流風機的配電設計做分析，并提出注意事宜。

地鐵區間主排水泵、雨水泵及射流風機設備有如下的特點：①負荷容量不大（單臺容量一般不超過22kW）；②一般設置幾臺風機或水泵，并根據現場的實際情況確定單臺或多臺運行；③均為一級負荷；④為電動機負載。

對電動機負荷來講，一般起動電流為額定電流的7倍左右，起動尖峰電流一般為起動電流的2倍左右（即起動尖峰電流為額定電流的14倍），因此給電動機負荷配電的上級斷路器的瞬時脫扣器的整定電流應為起動電流的2～2.5倍。

地鐵區間配電是屬于長距離配電，雖然考慮到壓降控制在5%之內，選取了電纜截面，但是給電動機負荷配電的上級斷路器瞬時脫扣器整定值很大（額定電流14倍以上），在發生單相接地短路時，靠開關過流保護兼作接地保護的校驗很難通過，勢必在斷路器上加必要的輔助附件，才能在單相接地短路時上級斷路器可靠的跳閘。但是加設附件會造成成本的提高，配電系統的可靠性降低，在低壓配電系統中不優先考慮。

我們注意到上述設備均為成組多臺的電動機設備，且沒有工況要求必須同時起動運行，因此尖峰電流也不是將所有運行的負荷的額定電流相加之和的14倍。如N臺分別先后起動的電動機負荷起動尖峰電流計算如下（尖峰電流按2倍起動電流考慮）：

式中，Imax為一組電動負荷起動的尖峰電流，單位A；P為單臺電動機負荷容量，單位 kW；cosφ為功率因數。

因此給上述 N 臺電動機設備配電的上級斷路器的瞬動保護整定值Id≥1.2Imax即可，1.2為誤差系數。

給N臺電動機負荷配電的上級斷路器的瞬動保護整定值與正常運行是電流的比值：

可以看出一組多臺運行的電動機設備，設備數量越多，給這組電動機設備配電的短路器瞬時脫扣整定值就越接近正常的運行的額定電流。比如2臺電動機分別起動時，上級斷路器瞬時脫扣器僅需整定為9倍的額定計算電流，3臺電動機分別不同時起動時，上級斷路器瞬時脫扣器僅需整定為 6.4倍的額定計算電流，如果同時起動那么瞬時脫扣電流需整定為16.8倍額定計算電流。因此不同時起動電動機的運行工況對采用過流保護來兼作接地保護時的靈敏性校驗是有利的。如果分別不同時起動的工況，利用過流保護兼作接地故障保護靈敏性校驗仍不滿足，才考慮加設其他附件等措施。綜上所述要求成組運行的電動機不同時起動避免了在開關上加其他附件的概率，節省了投資，此外加上附件也降低了配電系統的可靠性。

地鐵區間的主排水泵、雨水泵運行工況是根據現場水位情況來確定起動單臺水泵還是多臺水泵，由于水位的上升不會突變，因此肯定不會同時起動水泵電動機。對于射流風機，正常情況是由BAS（環境與設備監控系統）專業來控制的，如果不提醒BAS專業，那么BAS專業為了方便簡捷，可能同時向各臺風機發出起動命令，那么配電專業需按照所有電動機同時起動來計算電動機起動尖峰電流（14倍額定電流），相應的給射流風機配電的斷路器過流保護的整定值增大，單相接地短路時，利用過流保護兼作接地故障保護的校驗很難通過，需增加必要的措施才能保證發生單相短路時上級斷路器跳閘。但是這樣增加了造價，降低了配電系統得可靠性。

3 自帶雙電源裝置的配電系統，上級斷路器設漏電保護時需慎用

地鐵部分配電設備需獨立成系統的配電，比如地鐵區間的人防電源，區間人防電源通常為一級負荷，通常在人防設備的附近設置雙電源切換裝置，低壓配電專業與人防專業的接口劃分通常在雙電源切換箱進線開關的上口，雙電源切換箱由人防專業設計并備料。由于屬于區間設備，配電距離較遠，低壓配電專業通常在配向人防雙電源切換箱的斷路器設置漏電保護，但是在安裝完畢后送電時，就會出現斷路器跳閘現象，追溯原因，發現人防自帶的雙電源切換箱切換裝置采用3級，導致了上級漏電保護誤動。

跳閘的主要原因為：如圖所示的電流矢量和I1+I2+I3+In=0，In=Ina+Inb，假如此時雙電源切換裝置由主供電源供電，對于主供電源的漏電保護斷路器的線圈來講，流過的電流為I1+I2+I3+Ina= -Inb，Inb＞ILD。

ILD為上級斷路器漏電流保護整定值。通過分析，我們發現，主要原因是雙電源切換裝置選擇了三級，導致了切換裝置上級的斷路器跳閘，因此出現了雙電源切換裝置上級的斷路器跳閘。因此在設計時低壓配電設計者應與接口專業進行溝通與提醒，避免跳閘事件的發生。

圖1

4 相關接口專業對低壓配電專業的認識誤區

地鐵設計一般在設備招標前進行施工圖設計，設備招標后對根據設備的招標結果進行修改及完善設計。在設備招標前相關接口專業向低壓配電專業提供本專業設備的用電資料，低壓配電根據資料進行設計。在相關設備招標后，一般來講，應根據招標結果再次向低壓配電系統提供用電負荷資料，但是有的人認為招標后的用電負荷有所減小，不再提供也不會有什么問題。這個過程其實忽略了兩個問題，第一配電設備容量的減小，那么配電設備的接線端子也將減小，生產設備的廠家經常是不知道設備的接線端子實際接多大的電纜，于是廠家就按照設備的容量計算后，按照常規來估設電纜的接線端子，因此就造成了在實際操作中會出現電纜與接線端子不匹配，現場施工困難的情況；第二假如招標后的負荷為電動機負荷，而電動機負荷是靠低壓配電系統設置的過載元件來保護電動機的，那么低壓配電專業人員不知道招標后的電動機容量減小，過載元件設置的參數必然較大，在電動機過載時不能及時跳閘，導致燒毀電動機。

5 結論

綜上所述，作為低壓配電專業的設計者來講，盡可能的了解相關專業，并與相關專業人員密切配合，才能使設計的項目合理可靠。

[1]民用建筑電氣設計規范(JGJ16-2008).

[2]工業與民用配電設計手冊.第三版.中國航空工業規劃設計研究院.