地鐵換乘車站變電所整合方案淺析

王世杰

0 引言

隨著國內(nèi)地鐵建設(shè)的迅速發(fā)展，許多城市線網(wǎng)規(guī)劃逐漸成型，換乘車站數(shù)量也隨之增長。換乘車站同時兼顧多條線路的運營，具有管理部門不同、實施時間不同等特點，與非換乘車站有較大差異。

為便于工程實施的可行性、經(jīng)濟性、可靠性，滿足運營維護的方便性和可操作性，需在換乘車站建設(shè)初期，對換乘車站的供電提出合理的方案，以避免工程重復(fù)建設(shè)和不必要的工程投資。因此，本文對換乘車站變電所供電方式進行研究，并提出實施建議。

1 地鐵變電所的功能與設(shè)備構(gòu)成

1.1 牽引變電所功能與設(shè)備構(gòu)成

（1）牽引變電所功能。牽引變電所的功能主要是對主變電站引來的40.5 kV 交流電進行降壓整流，使之變成1 500 V 的直流電，再將1 500 V 的直流電通過沿線架設(shè)的接觸網(wǎng)不間斷地供給運行中的列車，以保證列車的安全、可靠、快速運行，準(zhǔn)時輸送旅客。同時牽引變電所內(nèi)設(shè)置的保護裝置及開關(guān)柜等對系統(tǒng)運行進行保護，防止與減少系統(tǒng)故障，縮小系統(tǒng)故障范圍，保護其他設(shè)備不因設(shè)備故障造成損害。

（2）牽引變電所設(shè)備構(gòu)成。地鐵牽引變電所的設(shè)備主要由40.5 kV 開關(guān)柜、整流變壓器、整流 器、1 500 V 直流開關(guān)柜、排流柜、鋼軌電位限制裝置、變電所綜合自動化系統(tǒng)等組成。

1.2 降壓變電所功能與設(shè)備構(gòu)成

（1）降壓變電所功能。降壓變電所的功能主要是將35 kV 交流電降壓成380/220 V 的低壓電，向車站和區(qū)間隧道的各種動力、照明和各系統(tǒng)設(shè)備供電，保證各種車站設(shè)備的正常運行，給乘客提供一個安全舒適的乘車環(huán)境。

（2）降壓變電所設(shè)備構(gòu)成。地鐵降壓變電所的設(shè)備主要由40.5 kV 開關(guān)柜、0.4 kV 開關(guān)柜、配電變壓器、變電所綜合自動化系統(tǒng)、鋼軌電位限制裝置等組成。

2 地鐵換乘車站變電所整合方案分析

2.1 換乘車站變電所整合原則

（1）滿足換乘線路、車站的牽引及動力照明用電要求。

（2）滿足線路間獨立運營和管理的要求，降低相互干擾及故障影響范圍，運行方式簡單、靈活。

（3）優(yōu)化配置，提高電力、土地資源的利用率，降低建設(shè)成本及后期運營管理成本。

（4）如線路分期建成，預(yù)留必要的接口條件，減免后期改造費用及對先通線路運營的干擾，同時兼顧投資的經(jīng)濟性。

（5）便于運營管理，具備規(guī)劃、指導(dǎo)后期工程建設(shè)及運營管理的條件，提高整個線網(wǎng)系統(tǒng)配置的整體性和合理性。

2.2 換乘車站牽引變電所整合方案分析

牽引變電所合建是指在換乘車站，該工程牽引變電所與其他線路牽引變電所合建成一座牽引變電所，采用相對較大的整流機組，預(yù)留直流饋線的方式，同時向不同線路供電。

不同線路的軌道絕緣不同，考慮到雜散電流防護等因素，根據(jù)《地鐵雜散電流腐蝕防護技術(shù)規(guī)程》（CJJ 49-92）中第4.1.4 條規(guī)定，不得從一個牽引變電所向不同的地鐵線路實行牽引供電。

在換乘車站中，與其他線路合建牽引變電所，還存在以下不利因素：

（1）對于非同期建設(shè)的換乘車站，在進行先期工程建設(shè)時，無法確定后期建設(shè)的線路在該車站是否設(shè)置牽引變電所。后期建設(shè)的線路在哪座車站設(shè)置牽引變電所，需要根據(jù)其特定的線路、運營以及車輛等工程特點確定。若在先期工程牽引變電所預(yù)留向后期工程供電的條件，則需要采用較大的整流機組容量，同時預(yù)留直流開關(guān)柜柜位。而后期工程若不在該車站設(shè)置牽引變電所將使該預(yù)留成為工程投資的浪費。

（2）對于不同線路同期建設(shè)換乘車站，其先期開通的工程牽引變電所會靠近先期工程線路，以節(jié)省直流電纜投資，那樣距離后期開通工程線路上網(wǎng)點會比較遠。若采用牽引變電所合建方式，則需要將大量的直流電纜敷設(shè)至后期開通工程線路，以4 回上網(wǎng)電纜（上網(wǎng)電纜每回以4 根計）及2 回負回流電纜（回流電纜每回以6 根計）為例，每百米電纜的投資至少在85 萬元，而換乘車站上網(wǎng)電纜的敷設(shè)長度可達150 m，甚至將近200 m。敷設(shè)如此之多的電纜至后期開通工程線路側(cè)，對于土建配合以及敷設(shè)通道的要求都大大提高。另一方面，牽引系統(tǒng)采用直流1 500 V 供電，無論上網(wǎng)電纜還是回流電纜，在正常運行時，每回電纜中均有大電流流過，因此，長距離供電也不符合節(jié)能的要求。

2.3 換乘車站降壓變電所整合方案分析

換乘車站降壓變電所整合是指與其他線路降壓變電所合建，提供跟隨所供電條件，主要是車站動力照明負荷的整合。

（1）換乘車站降壓變電所動力照明負荷分析。地鐵車站的動力負荷主要包括：通信、信號、所用電、自動售檢票、照明、綜合監(jiān)控、屏蔽門、人防、扶梯、空調(diào)、維修等。換乘車站的負荷種類與一般地鐵車站相同，但有很多方面存在不同，主要包括以下方面：

a.負荷數(shù)量更多。由于車站需要為多條線路服務(wù)，眾多的系統(tǒng)需要為不同線路配置獨立的設(shè)施；車站面積的增加，使得為乘客服務(wù)的設(shè)備相應(yīng)增加。兩線換乘車站的負荷數(shù)量約為一般車站的1.6倍。

b.負荷容量更大。大型車站的空調(diào)負荷、排水負荷、照明負荷都比一般車站大幅增加。容量的增加直接導(dǎo)致變壓器容量的增加，變壓器容量的增加又導(dǎo)致低壓開關(guān)開斷容量的增加，甚至變壓器的容量要求超出變壓器的制造能力。

c.負荷分布更廣。車站面積擴大，供電距離加長，致使電壓損失難于滿足設(shè)備的運行要求，只能增大供電電纜的截面，造成投資的大幅增加，同時帶來設(shè)計、施工、運營的困難。另外，長距離送電大幅提高電能的損失，不利于節(jié)能降造。

d.負荷管理更難。換乘車站分屬不同線路，存在共用空間，也存在專用房間。對于共用空間，難于劃界；對于專用房間，可能遠離所屬線路，由本線供電困難。

（2）換乘車站降壓變電所的整合方案。根據(jù)車站的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合負荷和房間的歸屬，換乘車站的供電方式有2 種選擇：

a.分線路供電方式。在換乘車站內(nèi)，根據(jù)負荷和房間歸屬的不同線路，分別設(shè)置本線的降壓變電所，負責(zé)為本線的動力照明負荷供電。

b.區(qū)域供電方式。在換乘車站內(nèi)，根據(jù)車站的結(jié)構(gòu)特點，在車站不同的負荷集中區(qū)域設(shè)置降壓變電所，負責(zé)為該區(qū)域內(nèi)的動力照明負荷供電。

根據(jù)工程的可靠性、投資、工期、運營維護等方面的不同，對上述2 種供電方式進行對比，結(jié)果如表1所示。

3 其他需要注意的問題

（1）對于非同期建設(shè)換乘車站，建議由先建線為后建線的變電所預(yù)留接地網(wǎng)強電引出端子、設(shè)備房間、電纜通道等，以便于后建線施工時減少土建改造，降低建設(shè)成本。

表1 分線路供電方式與區(qū)域供電方式對比表

（2）由于跟隨式降壓變電所配電變壓器與交流40.5 kV 饋線開關(guān)柜安裝在不同地點（一般位于車站的兩端），帶來了配電變壓器檢修和維護時的安全問題。因此需要采取可靠措施，保證配電變壓器的安全檢修和維護。

（3）在同期建設(shè)換乘車站的降壓變電所整合過程中，除需隨時掌握車站的規(guī)模、負荷容量等資料外，還需結(jié)合不同線路的電力監(jiān)控、電費計量、維護管理等具體要求進行設(shè)計。

4 結(jié)論

（1）無論換乘車站是同期建設(shè)還是非同期建設(shè)，與其他線路換乘的車站，均不宜采用牽引變電所合建方式。

（2）對于同期建設(shè)換乘車站的降壓變電所宜合建，分線路供電方式與區(qū)域供電方式可靠性相同，但區(qū)域供電方式的投資控制和工期控制較好，且節(jié)能效果較好；對于非同期建設(shè)換乘車站的降壓變電所，因后期建設(shè)的車站規(guī)模，車站負荷未確定，如果考慮降壓變電所與多條線換乘車站合建，可能造成后期建設(shè)的車站供電負荷不能滿足要求，因此不宜合建。

[1]GB50157-2003 地鐵設(shè)計規(guī)范[S].

[2]CJJ 49-92 地鐵雜散電流腐蝕防護設(shè)計規(guī)程[S].