現(xiàn)代有軌電車工程的低壓配電設(shè)計(jì)

黃雪峰 楊 珂 彭繼紅 陳文萍

(1.北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司 北京 100037;2.北京市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100089)

現(xiàn)代有軌電車工程的低壓配電設(shè)計(jì)

黃雪峰1楊 珂1彭繼紅2陳文萍1

(1.北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司 北京 100037;2.北京市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100089)

通過(guò)與地鐵和輕軌的比較，指出現(xiàn)代有軌電車的優(yōu)點(diǎn)。論述現(xiàn)代有軌電車工程低壓配電系統(tǒng)，分析正線車站、正線區(qū)間以及車輛段和停車場(chǎng)低壓配電系統(tǒng)各自的特點(diǎn)，借此闡明產(chǎn)生的原因及對(duì)各方的影響;結(jié)合具體工程，介紹配電箱、接地、電纜敷設(shè)等的設(shè)計(jì)方案。

現(xiàn)代有軌電車;低壓配電系統(tǒng);車站;區(qū)間;設(shè)計(jì)方案

低壓配電系統(tǒng)是有軌電車的重要組成部分，配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)得是否合理、設(shè)備和施工質(zhì)量是否合格、系統(tǒng)運(yùn)行是否穩(wěn)定，都會(huì)直接影響到整個(gè)線網(wǎng)的運(yùn)行安全和所有運(yùn)營(yíng)人員的人身安全，因此必須格外重視。下面以沈陽(yáng)市渾南新區(qū)現(xiàn)代有軌電車工程為例，對(duì)新型現(xiàn)代有軌電車的低壓配電系統(tǒng)進(jìn)行介紹和分析。

1 配電系統(tǒng)

由于線網(wǎng)規(guī)劃范圍較廣，且負(fù)荷點(diǎn)較為分散，因此低壓配電系統(tǒng)通常會(huì)以變電所為單位劃分為若干個(gè)分系統(tǒng)，圖1為沈陽(yáng)渾南新區(qū)現(xiàn)代有軌電車工程的低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖1 低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

可見(jiàn)，在整個(gè)低壓配電系統(tǒng)中，以變電所為中心，采用放射式和樹(shù)干式相結(jié)合的配電方式，將電源輸送至用電設(shè)備的末端，這構(gòu)成了整個(gè)有軌電車的配電系統(tǒng)。

2 配電特點(diǎn)

2.1 車站工程

有軌電車車站通常設(shè)在市政公用道路的十字交叉口附近，靠近人行橫道，規(guī)模小，用電負(fù)荷少，圖2為常見(jiàn)的側(cè)式站臺(tái)用電負(fù)荷情況。可見(jiàn)，車站站臺(tái)并沒(méi)有軌道交通常見(jiàn)的設(shè)備房間，取而代之的是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的擋雨棚，而用電負(fù)荷也僅有裝飾照明、廣告照明、通信設(shè)備、乘客顯示系統(tǒng)(PIS)設(shè)備、信號(hào)設(shè)備等寥寥幾種。

圖2 站臺(tái)用電負(fù)荷

2.1.1 車站配電箱

由于有軌電車車站的站臺(tái)位于道路中間，因此站臺(tái)配電會(huì)遇到以下問(wèn)題：一方面，為了滿足上述負(fù)荷配電和檢修的功能需求，在車站站棚附近設(shè)置小型配電箱應(yīng)是最合理的選擇;另一方面，由于有軌電車廣受社會(huì)各界的關(guān)注，為滿足站臺(tái)的景觀需求，配電箱安裝在遠(yuǎn)離候車區(qū)的其他區(qū)域更為合適。在沈陽(yáng)渾南新區(qū)現(xiàn)代有軌電車工程中，為了盡可能地同時(shí)滿足功能和景觀需求，車站配電箱最終選擇了隱蔽安裝的方式，即與車站乘客信息牌整合為一個(gè)整體金屬箱(以下簡(jiǎn)稱為“整體箱”)，如圖3所示。

圖3 車站整體箱結(jié)構(gòu)

整體箱上方為車站乘客信息牌燈箱，前部掛有周邊信息牌，后部為照明燈具，結(jié)構(gòu)與廣告燈箱相似;整體箱下方為配電箱，內(nèi)有斷路器、母排、電纜分接頭等電氣元器件。整體箱外殼采用不銹鋼材質(zhì)，防水防銹，整體防護(hù)等級(jí)為IP65。上下兩個(gè)功能分區(qū)相互獨(dú)立，互不影響，上方燈箱內(nèi)的燈具與車站廣告照明、裝飾照明受同一時(shí)間控制器的控制。

實(shí)踐證明，以上方案兼具了美觀性與實(shí)用性，是一次成功的嘗試，如圖4所示。

圖4 車站整體箱外觀

2.1.2 車站接地

由圖2可見(jiàn)，有軌電車的車站結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式單一，與其他城軌車站明顯不同。鑒于此，車站接地保護(hù)可以有TN－C－S和TT兩種形式可選。經(jīng)仔細(xì)比選，最終選用了TN－C－S接地形式，其理由如下：一是TT形式更適用于單個(gè)或少量室外構(gòu)筑物，而車站范圍內(nèi)包括站棚、立柱燈具、配電整體箱等多個(gè)構(gòu)筑物，更適合采用等電位連接;二是車站內(nèi)設(shè)有通信、信號(hào)等弱電設(shè)備，TT系統(tǒng)是將各設(shè)備直接就地接地，當(dāng)發(fā)生雷電、故障等過(guò)電壓情況時(shí)，TT系統(tǒng)的弱電設(shè)備電位相對(duì)更加接近地電位，即弱電設(shè)備所承受的過(guò)電壓相對(duì)更大，這對(duì)于弱電設(shè)備是非常不利的?；谝陨蟽牲c(diǎn)考慮，正線車站最終選用TN－C－S接地形式，即由變電所引出4芯電纜，保護(hù)線與中性線合并，在車站配電箱處做重復(fù)接地，保護(hù)線與中性線由此嚴(yán)格分開(kāi)。與此同時(shí)，在車站范圍內(nèi)設(shè)等電位連接，以確保候車乘客的人身安全。

由于有軌電車土建施工的特殊性，接地裝置的施工與常規(guī)軌道交通車站的接地做法有所不同。當(dāng)路基施工完畢后，鋪設(shè)接地極有以下兩種可實(shí)施的方案：

1)鉆孔后打入垂直接地體。利用人工或機(jī)械手段，在車站站臺(tái)下方所需位置鉆開(kāi)若干個(gè)直達(dá)路基下層的孔洞，將垂直接地體埋入，并在表層用扁鋼連接。但此方法工作量大，且垂直接地體有較大一部分是與路基中的碎石、水泥等高電阻率材料接觸，較難降低接地電阻。

2)其他地點(diǎn)鋪設(shè)接地極后引入。在路基范圍之外打入垂直接地體，并在道床施工之前用鍍鋅扁鋼引入站臺(tái)范圍內(nèi)。有軌電車位于道路中心，路基范圍之外緊臨機(jī)動(dòng)車道路的路基。此方法工作量雖小，但需仔細(xì)選取接地體的埋入點(diǎn)，利用機(jī)動(dòng)車道路路基與有軌電車路基的高度差，將垂直接地體打入最理想的土質(zhì)內(nèi)，而且必須在道床施工之前將接地扁鋼引入站臺(tái)下方。

2.2 區(qū)間工程

2.2.1 電纜敷設(shè)與動(dòng)力配電

有軌電車線路位于市政道路的中部，部分路段無(wú)專有路權(quán)，因此在地面以上沒(méi)有電纜敷設(shè)的專用空間和路徑，只能敷設(shè)在地面以下、路基表層以上、規(guī)劃紅線以內(nèi)的有限空間內(nèi)。在強(qiáng)電電纜的敷設(shè)區(qū)域，會(huì)受到車站站棚結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、接觸網(wǎng)立柱結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、電纜井等物體的影響，進(jìn)一步壓縮了電纜敷設(shè)的空間。另外，不能回避的是，前期預(yù)留預(yù)埋的電纜管路在道路回填和處理時(shí)，會(huì)有損壞的可能。由此可見(jiàn)，區(qū)間電纜敷設(shè)的主要困難之一是敷設(shè)空間不足。

在沈陽(yáng)渾南新區(qū)現(xiàn)代有軌電車工程中，區(qū)間強(qiáng)電電纜全部采用穿保護(hù)管敷設(shè)的方式。由于區(qū)間敷設(shè)的強(qiáng)電電纜包括環(huán)網(wǎng)電纜、保護(hù)控制電纜、低壓配電電纜等，因此敷設(shè)空間較為緊張?？紤]到上述實(shí)際情況，同時(shí)也為了節(jié)約電纜投資，運(yùn)用樹(shù)干式配電方式為變電所同側(cè)的2～3個(gè)車站的配電箱配電更為合理。

有軌電車區(qū)間的低壓動(dòng)力負(fù)荷只有信號(hào)設(shè)備，它們一般設(shè)置在線路T形或十字形交叉口的附近，電源直接引自附近的變電所。由于有軌電車正線部分的低壓負(fù)荷較少，為節(jié)約投資，每個(gè)變電所內(nèi)只設(shè)置一臺(tái)配電變壓器，相應(yīng)地低壓母線也只有一段。因此，當(dāng)把信號(hào)道岔控制設(shè)備定義為一級(jí)負(fù)荷后，如要實(shí)現(xiàn)兩路不同電源自動(dòng)切換的要求，電源需引自相鄰兩個(gè)變電所的低壓母線。

2.2.2 區(qū)間照明和預(yù)留

有軌電車線路大多位于城市道路的中部，占用的是原有的內(nèi)側(cè)機(jī)動(dòng)車道，所以城市道路照明可以覆蓋到有軌電車區(qū)間行車線路，不必另外設(shè)置區(qū)間照明。當(dāng)線路偏離城市道路、光線不足時(shí)，可在區(qū)間(特別是車站)附近的接觸網(wǎng)立柱上安裝照明燈具，或預(yù)留接入條件。

2.3 場(chǎng)段工程

相比正線的特殊性，車輛段、停車場(chǎng)更接近地鐵和輕軌的段、場(chǎng)，這里只討論兩個(gè)較有代表性的問(wèn)題：大型加熱設(shè)備和城區(qū)小型停車場(chǎng)的配電。

2.3.1 大型加熱設(shè)備配電

車輛段、停車場(chǎng)內(nèi)的跟隨變電所應(yīng)優(yōu)先考慮設(shè)在大型電加熱設(shè)備所在的建筑物內(nèi)。例如，車體表面處理間由電加熱設(shè)備和送排風(fēng)設(shè)備組成，額定電壓為380 V，額定功率達(dá)700 kW。將變電所設(shè)在車體表面處理間附近，可節(jié)約大量的低壓電纜投資，在后期運(yùn)營(yíng)中也能減少大量的電能損失。同時(shí)，應(yīng)充分了解設(shè)備的使用方式，不同時(shí)使用的設(shè)備可使用同一回路的配電，以避免重復(fù)投資。

2.3.2 城區(qū)小型停車場(chǎng)配電

小型停車場(chǎng)內(nèi)的用電設(shè)備主要有場(chǎng)內(nèi)路燈、信號(hào)設(shè)備，負(fù)荷點(diǎn)較多，分布在停車場(chǎng)的各個(gè)角落。由于小型停車場(chǎng)內(nèi)常采用整體式道床，道床下方為路基層，因此設(shè)計(jì)前期應(yīng)當(dāng)及早確定配電方案和電纜數(shù)量、規(guī)格、路徑，以便準(zhǔn)確預(yù)留配電管井。另外，避讓既有管線也應(yīng)引起足夠重視，以免造成不必要的損失。

停車場(chǎng)內(nèi)一般設(shè)有牽引、降壓混合變電所，當(dāng)停車場(chǎng)整體規(guī)模偏小時(shí)，為節(jié)約投資，變電所可能只設(shè)一臺(tái)配電變壓器和一段低壓母線，因此一級(jí)負(fù)荷用電設(shè)備需要從相鄰變電所低壓母線取電，且兩處變電所的中壓電源需引自不同的中壓母線。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)代有軌電車低壓配電系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、條件限制多、負(fù)荷分布范圍廣等特點(diǎn)，同時(shí)由于有軌電車工程整體進(jìn)度快，因此不僅要在設(shè)計(jì)前與相關(guān)設(shè)計(jì)方逐一核對(duì)用電負(fù)荷，而且在設(shè)計(jì)過(guò)程中更要不斷跟蹤各用電專業(yè)的設(shè)備招標(biāo)采購(gòu)情況，以便隨時(shí)更新設(shè)計(jì)圖紙，最終達(dá)到可靠供電的目的。隨著有軌電車工程技術(shù)不斷進(jìn)步，新的用電設(shè)備頻繁涌現(xiàn)，低壓配電系統(tǒng)還會(huì)繼續(xù)扮演重要的角色。

［1］于松偉，楊興山，韓連祥，等.城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用［M］.成都：西南交通大學(xué)出版社，2008.

［2］任元會(huì).工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：中國(guó)電力出版社，2005.

［3］王厚余.低壓電氣裝置的設(shè)計(jì)安裝和檢驗(yàn)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2007.

［4］陳先祿，劉渝根，黃勇.接地［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，2001.

［5］魏曉東.城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)與技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2004.

［6］張雄，李劍虹.論地鐵車輛段試車線的功能及設(shè)計(jì)要求［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2008(6)：101－105.

［7］GB 50052—2009供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2011.

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［10］GB 50054—2011低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2011.

Analysis on Design of Distribution System in Modern Tram Projects

Huang Xuefeng1Yang Ke1Peng Jihong2Chen Wenping1
(1.Beijing Urban Construction Design ＆ Development Group Co.，Ltd.，Beijing 100037;2.Beijing Rail and Transit Design ＆ Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100089)

There are obvious differences among metros，light rails and modern trams.In this paper，the distribution system in modern tram projects is introduced.Characteristics of tram stations，sections and depots are provided.Causes and effects are elucidated.And design scheme for distribution boxes，earthing，and cables are presented by referring to practical projects.

modern trams;distribution system;station;interval;design scheme

U482.1;U224.3

A

1672－6073(2014)02－0116－03

10.3969/j.issn.1672 －6073.2014.02.029

2014－01－02

2014－02－06

黃雪峰，男，碩士，工程師，主要從事城市軌道交通配電設(shè)計(jì)工作，huangxuefeng@buedri.com

(

郭 潔)