大型鐵路客站電力安全供電技術

■ 秦嶺

大型鐵路客站電力安全供電技術

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根據新時期鐵路客站建設的“五性”原則要求，鐵路客站定位從單一的客運作業場所和“城市大門”向多元開放的“綜合交通換乘樞紐”轉化，并與所在城市或區域的交通規劃融為一體。大型鐵路客站功能復雜，地鐵、公交、長途客車等多種交通被引入站房或站區，并且具有24小時運營的特點。因此，鐵路客站尤其是大型鐵路客站，對供電安全性的需求一般高于機場等交通建筑或體育場館等公共建筑。研究大型鐵路客站供電安全的影響因素，確定其安全供電技術標準十分必要。

1 大型鐵路客站防災設計存在的問題

1.1 備用電源不能滿足長時間供電要求

大型鐵路客站一級負荷多，通常情況下均引入兩路可靠獨立電源。為滿足特別重要一級負荷的供電要求時，通常采用EPS和UPS作為備用電源。選擇備用電源供電時間，一般只考慮在火災工況下，滿足消防和人員疏散需要，通常不超過90min。

2008年1月中旬的雨雪冰凍災害，使南方部分地區電網垮塌，鐵路供電中斷。備用電源不能滿足長時間供電要求，鐵路沿線車站不得不臨時調集柴油發電機，為與行車指揮、客運專線鐵路運營管理密切相關的通信、信號、綜合調度系統等主要設備供電。

1.2 電源線路不能滿足災害天氣下安全供電要求

大型鐵路客站通常情況下均引入兩路可靠獨立電源，其電源線多為架空與電纜混合敷設方式，受冰雪及地質災害影響較大，不能滿足災害天氣下安全供電的要求。

在2008年1月中旬的雨雪冰凍災害中，地方各類電壓等級的電力架空線路由于嚴重覆冰，桿塔傾覆、電力導線斷線等，造成與其交叉或鄰近的鐵路配電所電源線、10kV貫通線等鐵路電力線路倒桿、斷線，并引起短路、接地或斷路故障而斷電。嚴重覆冰的樹木傾覆，侵入鐵路配電所電源線、10kV自閉貫通線等，造成鐵路電力線路倒桿、斷線，并引起短路、接地或斷路故障而斷電。由于地方電網因災故障，引起鐵路電源線停電，造成鐵路配電所、變電所斷電。

1.3 防雷接地措施實施困難

大型鐵路客站功能越來越完善，體量也越來越龐大，為使旅客在通透舒適的環境候車和乘車，大跨距結構層出不窮。同時，站房建筑美觀越來越受重視。由此引起防雷引下線間距不能滿足規范要求及屋面避雷帶設置困難等一系列問題。大型站房建設中所涉及的建筑物防雷接地問題是關系到人員設備安全，保證車站全天候安全運行的重大問題。

以武漢站為例，武漢站主體鋼結構最大跨距達116m，地面層主體結構南北向柱距最小為22m，最大為48m，大部分柱距為36m；東西向柱距平均為21.5m。如利用建筑物柱內鋼筋作為引下線，則其間距不能滿足《建筑物防雷設計規范》（GB50057-94）第二類防雷建筑物的標準。為滿足該規范要求而增加引下線數量，則需額外增加多余的結構，影響建筑物流線及其美觀。同時，武漢站屋面為金屬屋面與非金屬屋面間隔布置，按常規設計需在高于金屬屋面的非金屬屋面部分單獨設置避雷針或避雷帶，否則對建筑造型有較大破壞；地鐵在站房地下層橫向穿過，帶來迷流問題。

1.4 大部分無電氣火災監控系統

根據公安部消防局提供的《中國火災統計年鑒》數據顯示：2008年電氣火災事故居全部火災事故首位，且所占比重有上升趨勢，由電氣火災造成的損失也尤為慘重。目前，我國尚沒有關于電氣防火專門的行政法規，而許多發達國家都制定了電氣安全規范和電氣法規。

近期修訂出臺的相關規范標準《高層民用建筑設計防火規范》（GB 50045-2005）和《建筑設計防火規范》（GB 50016-2006）具有相應的條文，規定了一些重要場所設置漏電火災報警系統，從技術措施上預防和控制電氣火災事故發生。正在修訂的標準對于電氣火災監控系統的工程應用要求正在逐步細化，如《火災自動報警系統設計規范》。由于上述規范均為近期內修訂出臺，現有大型鐵路客站多數執行舊版規范，大部分未安裝電氣火災監控系統，無法對存在的電氣安全隱患進行探測和預防。

2 大型鐵路客站安全供電技術措施

2.1 供電方案

（1）外部電源選擇。大型鐵路客站外部電源采用兩路獨立電源，有條件時引入第三路獨立電源。應急照明、消防水泵、噴淋泵、消防電梯、排煙風機、消防控制室等消防用電，以及通信、信號、信息、BAS、FAS控制中心等重要負荷配電均采用雙電源末端切換。

（2）電源線路選擇。至少一路電源線路按電纜線路設計，其截面一般按經濟電流密度選擇，主要按電壓損失校核，同時需考慮客站及鐵路周邊負荷的發展預留，以及滿足供電行業管理部門對末端用戶電源線路的統一要求。

（3）備用電源選擇。大型站房采用發電機組與蓄電池組相結合的備用電源方式，對相對集中的消防設備等負荷由發電機組提供備用電源，對相對分散的安全、應急照明采用經兩路電源切換后的EPS供電，對通信、信號、信息等計算機設備則采用經兩路電源切換后的UPS供電。

（4）備用電源容量。備用電源容量根據站房特別重要設備的負荷計算確定。為充分發揮柴油發電機組作為備用電源的優點，克服蓄電池組作為備用電源受電池工作時間限制的缺點，在具體的設計中，宜將EPS，UPS，供電回路接到柴油發電機組母線上。

2.2 電氣火災監控系統設置方案

根據不同站房的防火保護等級確定不同的設置方案。

一級保護對象（建筑高度超過50m或24m以上部分的任一樓層的建筑面積超過1000m2的站房及所有地下車站）設置電氣火災監控系統要求：照明總配電箱（地下車庫除外）進線處應設置電氣火災探測器；站房內人員密集場所配電箱進線處應設置電氣火災探測器；站房內的地下商店（場）的配電箱進線處應設置電氣火災探測器。

二級保護對象（建筑高度不超過24m，設有空氣調節系統的或每層建筑面積大于2000m2、但不超過3000m2的站房）設置電氣火災監控系統要求：照明總配電箱（地下車庫除外）進線處宜設置電氣火災探測器；站房內人員密集場所配電箱進線處宜設置電氣火災探測器；站房內的地下商店（場）的配電箱進線處宜設置電氣火災探測器。

另外，電氣火災監控系統的報警信號應設在消防控制室或有人值班的場所，應僅作用于報警，并可自成系統；當并入火災自動報警系統時，應采用獨立顯示器。選用的剩余電流探測器額定剩余報警電流，應不小于被保護電氣線路和設備的正常運行時泄漏電流最大值的2倍，且不大于1000 mA。

2.3 防雷接地方案

分析計算：雷擊車站架構時，雷電流分布給站內設備帶來的影響；各樓層接觸電勢與跨步電勢的大小，對人身設備安全的危害程度。針對各車站具體實際，建立客站接地模型，計算客站接地網的等效電阻、跨步電勢、接觸電勢、地表電位分布，從而得出當地網上出現雷電流時，對站房帶來的影響。根據上述分析計算，確定站房防雷接地措施是否滿足要求。

對于客站中地鐵站的雜散電流防治，可采取安裝絕緣墊，使用絕緣扣件等減小雜散電流外泄的措施以及對雜散電流影響嚴重部位采取陰極保護的方法來進行綜合治理。

站房跨度較大，使其電磁屏蔽效果減弱，因此，應采取隔離、鉗位、均壓、濾波、屏蔽、過壓、過流保護、接地等措施，在入侵通道上將雷電過電壓、電流瀉放入地，以加強建筑內弱電設備的電磁保護。

以武漢站為例，說明防雷接地方案研究及確定的主要內容和方法。

（1）主要內容。結合不同車站建筑結構特點，根據相關防雷標準規定，大型站房利用結構鋼筋作為防雷接地引下線時，跨度不滿足規范要求，可能對屋面下的電氣設備及地面人員的跨步電勢與接觸電勢帶來影響。影響程度如何，需要通過仿真計算得出結論。

對大型站房建筑屋面使用非金屬材料，上方不安裝接閃器或金屬防雷網格的可行性進行研究，通過實驗室的縮比例雷擊放電試驗，求取非金屬屋面落雷密度分布和可接受的雷擊次數，提出是否可行結論。

通過對大型站房綜合地網的網格分布設計計算，提出滿足跨步電勢和接觸電勢的最低要求。重點研究當站房地網或直流地網上出現雷電流時對站房的影響。解決站房綜合接地與地鐵站接地系統配合等問題。

（2）主要研究方法。為分析雷擊建筑物時，雷電流在建筑物上產生的接觸電勢、跨步電勢及其內部電磁環境對弱電設備產生的影響，國內外主要采用電磁暫態計算和模擬實驗兩種方法進行研究，且主要研究直接雷擊時建筑物內的暫態感應電流和磁場分布。

計算方面可采用電路法進行研究。將防雷保護系統按有損長線處理，按準靜態原則進行分段，每段導體以耦合π型集總參數電路來等效，將整個防雷保護系統轉化為僅含RLC元件的等效網絡；根據基爾霍夫定律及支路特性建立電路方程；編制計算程序求解，得到建筑物鋼筋構架上的電流分布，再根據電流分布求解空間電磁場。

3 災害條件下的應對機制

3.1 外部電源停電情況

當兩路外部電源均停電時，通過智能照明控制系統強啟應急照明及疏散指示標志，由EPS供電。廣播、售檢票等客服設施及通信設備由UPS供電。

15 s內柴油發電機組自動啟動，柴油發電機組啟動后應急照明及疏散指示標志等轉由柴油發電機組供電，通過BAS系統切除三級負荷及部分二級負荷，柴油發電機組的容量選擇可保證部分扶梯等供電，確保車站在應急狀態下的運營。

運營管理單位需建立燃油儲備及運輸管理辦法，以確保在較長時間停電狀況下柴油發電機組用油能及時供應。

3.2 火災情況

火災時第一時間與鐵路和地方消防部門、上級主管部門電話匯報，并通過應急廣播通知、組織旅客有序疏散到安全地帶。通過BAS系統聯動切除非消防電源，通過智能照明控制系統強啟應急照明及疏散指示標志，通過IBP盤緊急釋放閘機及常閉防火門等。由消防聯動控制系統啟動消防泵組，并將公共區域廣播強切到消防控制中心控制。

當兩路外部電源均停電且同時發生火災的極端情況下，柴油發電機組自動啟動，且僅保證應急照明及疏散指示標志、消防泵、排煙風機、消防電梯等消防負荷用電。

3.3 電氣火災監控系統報警

電氣火災監控系統報警時，對于非重要負荷回路，可以及時停電排查故障。對于重要負荷回路，應在24小時內檢修天窗時間內排查故障。

3.4 冰雪災害

加強車站電源線路的巡視工作，對于可能影響線路安全（主要是架空線）的情況需及時處理，以避免線路倒塌等帶來的停電故障。

[1]GB 50057-94 建筑物防雷設計規范[S]，2000

責任編輯王小紅

秦嶺：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，高級工程師，湖北 武漢，430063