地鐵工程變配電系統的設計研究

摘 要：地鐵工程變配電系統的主要功能是滿足除電動列車以外所有負荷的電能供應要求，因此該系統是在地鐵的正常運營過程中扮演舉足輕重的角色。隨著國家“十三五”規劃的不斷實施推進，在社會經濟快速發展的前提下，地鐵變配電系統的工程設計研究對緩解交通壓力有著非常重要的意義。文章對地鐵工程變配電系統的負荷計算、總體配電方案、動力配電及照明配電系統設計進行了研究分析。

關鍵詞：地鐵變配電；工程設計；負荷計算；動力配電；照明配電

1 地鐵變配電系統的重要性

地鐵是在地下運行的城市軌道交通系統，是我國大型城市公共交通的重點發展方向，其原因是地上的路面情況和全天的天氣因素對地鐵運行不會造成影響，所以地鐵的運行才能按照當初的設計目標照常行進，能將乘客安全、舒適，快速地送往目的地。同時地鐵的載客量大，時效性強，對環境的污染程度比較低，能夠響應目前國家高環保政策要求，滿足現代城市發展的需求。供電系統的可靠性是地鐵安全運營的重要保障和前提，根據用電性質的不同，將供電系統分為以牽引變電所為主的牽引供電系統和以降壓變電所為主的變配電系統兩種。

地鐵的運輸組織、功能實現、安全可靠都應一一按照軌道交通的相關規范標準執行。地鐵的運行工作是工作環境復雜，專業配合較多，多種工種交叉作業配合的工作，在以安全可靠行車為首要目標而形成的聯動有序、效率性極強的交通系統。可靠安全的變配電系統是安全可靠行車的一個重要保障。

2 地鐵變配電系統設計的主要特點

與一般的民用建筑電氣相比，地鐵的配電系統有著獨特的特征。

地鐵負荷計算的單位容量指標和需要系數目前在行業內沒有具體明確的標準，實際設計過程中通常需參考其它民用建筑的相關標準來確定。對于負荷計算的準確性，必定成為地鐵變配電系統科學可行性設計研究的前最基本提條件，因此，對于負荷計算儼然成為變配電系統工程設計過程中遇到的首要問題，也是主要問題。

對于在供電過程中，通常采用兩臺至四臺變壓器來供應一座地鐵站，變壓器的單臺容量一般在500-1600kVA之間。地鐵車站內一般同時存在一、二、三級負荷，這大大增加了供電工作的復雜難易程度。因此，在地鐵變配電系統中無論是高低壓一次還是在二次接線中，都需要做更進一步的探索，從更多的實踐中總結經驗，使設計理論更為可靠實用。

對于動力負荷，不僅僅是由水泵、風機和電梯組成，而且還有如空調通風系統、給排水系統、消防系統、運輸系統等系統一并合成，共同作用協調。對于控制系統而言，其形式比較多樣化，有就地控制、遠程集控、按程序起停的BAS系統自動控制、火警信號控制及連鎖等方式；而對于起動的方法則有降壓起動、直接起動和軟起動，但是對于水泵的能耗、風機的能耗及空調系統的能耗需要自動調節完成。

地鐵的照明工藝要求必須以滿足實用為根本，結合故障期間的維修的方便可行性，并應根據不同功能場合要求和建筑的形式相協調配合。而在照明亮度上要以滿足我國基本情況的前提下盡可能與國際接軌；照明亮度要求比較高，而對于照明質量的要求當根據用途區別選擇；在燈具的結構形狀上，要與既有結構的裝修相協調，又要達到節能的效果。

由以上分析可知，地鐵工程變配電系統的設計是負責、繁雜的工作，設計內容主要包括負荷計算、總體配電方案設計、動力配電系統設計和照明配電系統設計。

3 地鐵變配電系統設計的主要內容

3.1 負荷計算

地鐵的負荷，所指的不是所有用電設備總負荷合計，因為所有耗電設備同時滿負荷運行的可能性非常小，而且每臺設備的功率因數也并不是都相同的，所以在地鐵的電氣系統設計過程中，要求設計時計算出用電設備的等效負荷。而通過一系列計算出的負荷功率或負荷電流就是計算負荷。通常情況下取三十分鐘的時間間隔內負荷最大平均值作為計算負荷，它是確定供電容量、電氣設備、線纜材質規格、無功補償、線路壓降的依據。

值得注意的是計算負荷的取值一定要適當，當計算負荷過小，會造成變壓器和線路發熱，絕緣的損壞時間會過快，并且能量的消耗也會增加，更有甚者會造成一定線路過熱引起的著火，從而釀成重大安全事故。相反，計算負荷過大，就會造成變壓器容量過剩，線路得橫截面增大，開關整定電流過高，從而增加造成建設成本增加。因此，地鐵工程變配電系統負荷計算關系地鐵安全穩定運行，務必正確合理。

3.2 總體配電方案

地鐵用電負荷根據其功能效果各異一般分為兩種形式，一種是牽引電力，是供電動機車運行所需要的；第二種是動力照明用電，一般情況下是供車站內、站與站得區間、車輛段以及控制中心等建筑物所需要。地鐵的供電系統是提供地鐵正常運行所需電能的傳輸與供應的設備系統，是保證地鐵能安全、可靠運行得基本前提條件。地鐵工程的外部電源通常采用城市電網，其共有三種供電方式，分別是集中式、分散式和混合式供電方式。

地鐵工程中使用的降壓變電有一所式，一主所一輔所式，一所一室式此三形式。第一種形式是車站只設一個降壓變電所；第二種形式是在車站內的一端安設一座以降壓為主變電所，在另一端設置一座以輔助跟隨降壓的變電所；第三種形式是在車站得兩端分別設計一座降壓變電所和一座低壓的配電室。

3.3 動力配電系統

地鐵內用電設備有站內的電機、風機、水泵等，這些都是使用380/220V交流電源的設備。

地鐵中的通信、信號、BAS、FAS、AFC、消防、電梯及變電所自用電等重要負荷與風機、水泵、冷水機組等設備均采用由降壓變電所直接供電的放射式配電方式，除上面列舉的機械設備以外，只有在設備大小檢修時使用的電源是平時不多用的二級負荷或三級負荷，并且檢修時所用的供電方式是樹干式供電。由上可以看出在地鐵的動力配電設計過程中，最主要采用的是放射方式，樹干式的配電原則在一定程度上是起輔助作用，這樣才可保證地鐵設備故障出現頻率最低，發生的可能性最小，從而保障地鐵運行時供電的可靠性。

3.4 照明配電系統

地鐵照明較之于地面建筑相比較，沒有天然采光是地鐵內部照明最大的特點，所以照明主要采用人工照明。并且站廳層和站臺層的功能性質差異巨大，站廳層是一個過渡的地區，人們在這里買票，然后選擇去到哪個站臺；站臺層是一個候車乘車的地方。站廳更突出空間的導向性，如何讓大家定位和具有方向性，同時是人們進入地鐵的第一站，是一個門戶。所以，對站廳層的設計要求很高，也是一個非常不好處理的地方，一方面站廳既要與站臺有聯系，給人們一個很的導向性，另一方面又要突出自己的功能，給進入地鐵的乘客一個良好印象。所以在地鐵照明設計的過程中光源、燈具及照明控制方式的選用必須要科學合理，這樣才能提高照明質量，達到節能的效果。

4 結束語

文章針對地鐵變配電系統的特點，分析研究了地鐵變配電系統的設計核心關鍵點，對于地鐵變配電的負荷計算、總體配電方案、動力配電和照明系統等四個方面的工程設計問題進行分析研究，為今后在地鐵變配電系統的設計過程中提供堅實可靠理論基礎。在“十三五”規劃推進中，加快全國范圍內各大城市的延伸工程項目開發進程，在設計科研工作者的更深層次的探索研究下，設計理念及設計方案一定越來越先進和科學可行的。

參考文獻

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