大型鐵路客站供電方案及可靠性分析

熊一帆 黎洪生 汪翊琪

摘 要：文章以北方地區某大型鐵路客站項目的供電系統設計為例，通過多方案比選，對大型鐵路客站供配電系統可靠性進行了分析，闡述了鐵路客站供配電系統設計思路，總結了相關設計技術要點。

關鍵詞：供電系統；方案比選；可靠性

隨著時代的發展和人民生活水平提高，國家及民眾對于鐵路交通越來越重視，各地區各類型的鐵路客站不斷興建，鐵路客站的建設成為近年來建筑行業的熱點。現代鐵路客站人流量非常大，并且全天24小時無間斷運營。設備昂貴，功能復雜，可靠性要求高，所以不允許出現電氣事故，否則可能對人身安全造成危害，同時也會使電力設備受到損壞，造成大量經濟損失。因大型鐵路客站的電氣設備種類及結構的復雜性和特殊性，以及大型鐵路交通設備的不斷創新和精細化，鐵路客站電氣設計的要求也越來越高[1]。鐵路客站電氣設計的可靠性和安全性是近年來電氣設計行業關注的重點，提高其供配電可靠性的同時，保證其經濟性將具有十分重要的應用價值和研究意義。

1 大型客站的負荷分析

一級負荷、二級負荷和三級負荷的供電要求不同。一級負荷應由雙重電源供電，確保雙重電源不能同時損壞。二級負荷宜由兩回路供電。二級負荷也可以由一回路 6 kV以上的專用架空線路供電。三級負荷的供電沒有要求。

大型鐵路客站由于其建筑類型的特殊性，用電設備同樣多樣復雜，且對于供電要求很高，以某北方新建大型鐵路客站為例，該大型鐵路客站具有候車區域、售票區域、辦公區域和商務服務區域等，負荷類型包括機房設備、消防監控設備、照明火災報警設備、動力空調等用電設備。經過負荷計算與功率補償，最終確定的一級負荷主要包括站房的票務機房設備、綜合監控室設備、旅服機房設備、消防及設備監控室設備、進站大廳安檢儀設備、進出站閘機和自動售票機設備、貴賓候車廳照明、應急照明、火災自動報警系統、消防動力設備等，其負荷容量為2 490 kW。二級負荷主要包括列車到發預告顯示系統、行包用設備、弱電機房設備配置的專用空調、生活水泵、潛污泵、客梯及扶梯、天溝融雪及電伴熱設備、公共區照明（含雨棚照明）、其他辦公區域及設備用房照明等，其負荷容量1 463 kW。三級負荷主要包括其他電力、空調負荷及一般照明，其負荷容量13 766 kW。

2 供電方案及可靠性分析

2.1 供電方案設計思路

本項目擬從鐵路220/35/10 kV牽引變電站兩段不同10 kV母線段引來4路10 kV電源（編號分別為A、B、C、D），其中A、C進線引自同一段母線，B、D進線引自另一段母線。

一般常規的供電方案，由開閉所引出電源供電線路，在負荷側設置變配電所，經過變配電所降壓然后向用電設備供電。目前新型的供電方式有直配供電，即從電廠直接以發電機電壓向用戶供電的變電站則稱為直配變電站。開閉所，其作用是把變電站送來的一路電源，通過在“開閉所”里設置的多臺開關柜，把電輸送到需要用電的若干個區域或不同的建筑物里，電壓不變。變配電所是電力網中的線路連接點，是用以變換電壓、交換功率和匯集、分配電能的設施。它主要由主變壓器、配電裝置及測量、控制系統等構成，是電網的重要組成部分和電能傳輸的重要環節，對保證電網安全、經濟運行具有舉足輕重的作用[2]。

供電設計的思路主要確定有以下3個方案[3-4]。

方案一為常規供電設計方案，由于大型鐵路客站的地理位置及負荷種類容量的特殊性，如果由開閉所向變配電所供電，需要專門設立一個10 kV開閉所，然后在鐵路客站內設置4座10/0.4 kV的變配電所，分別負責北區非商業用電、北區商業用電、南區非商業用電和南區商業用電，由10 kV開閉所分別向4座10/0.4 kV變配電所供電。

方案二為方案一的改進方案，同樣需要專門設立一個10 kV開閉所和四座10/0.4 kV的變配電所，與方案一不同的是，方案二由10 kV開閉所向4座10/0.4 kV變配電所直配供電，即從10 kV開閉所直接以發電機的電壓等級向4座10/0.4 kV變配電所中的用電設備供電，在10/0.4 kV變配電所中不再單獨設置母線。

方案三為不設立開閉所供電方案，同時只在南部區域和北部區域各設置一座10/0.4 kV的變配電所，每個10/0.4 kV變配電所均由兩路不同的供電電源供電。

2.2 供電方案的可靠性分析

通過以上設計的供電方案，根據各方案的區別，在分析各供電方案的優點和缺點時，總結需要考慮以下幾個因素。

（1）供電電源進線集中，供電電源及設備種類一一配對會更方便計量，更容易管理。相反供電電源不集中，多供電電源對多種類設備交叉供電會導致計量和管理的不方便，需要采取其他措施計量管理，目前已經有比較好的網絡監測系統可以統一監控管理。

（2）配電級數多會導致供配電系統更加復雜，供配電系統的可靠性會降低，同時不利于日后系統的擴展及開關的選擇。配電級數少可靠性得到了提高，供配電系統覆蓋的范圍也會增大，所以一旦發生故障則影響范圍更大，要求很高的供電可靠性。

（3）供電電源回路供電負荷不均勻會導致負荷較大的回路對設備及材料的要求更高，老化損壞速度更快，同時供電負荷不均勻還會導致電能損耗增大，需要盡量避免。

（4）10 kV電壓等級的設備造價較高，體積較大，同時10 kV配電需要高壓電纜，費用較高，且可能含有輻射影響。

通過方案比選，方案已設立了10 kV開閉所，由開閉所集中向4個10/0.4 kV變配電所供電，所以整個大型客站的用電情況可以在10 kV開閉所直接計量，也方便管理，但是方案一配電級數太多，供配電系統復雜，所以發生故障的可能性更高，供配電系統的可靠性較低，同時不利于日后系統的擴展及開關的選擇，顯得很局限，所以不采用方案一。

方案二同樣也設立了10 kV開閉所，計量和管理也較為方便，與方案一不同的是，方案二的10/0.4 kV變配電所變壓器由10 kV開閉所直配供電，省去了10/0.4 kV變配電所的母線，因此減少了配電級數，避免了方案一配電級數較多的問題，但由于直配供電，10 kV的電壓等級需要被輸送到所有電系統的變壓器，電壓等級過高對設備及材料要求高，同時高壓電纜敷設范圍太大，數量太多也會有一定的輻射危害。方案二較方案一有明顯的改善，但是設備投資也相應增大，經濟性大大降低。

方案三則未設置開閉所，且在南北站房均只設一座綜合10/0.4 kV變配電所，節省了大量土地面積，同時兩個變配電所均由兩路不同的供電電源供電保證了其供電的可靠性，配電級數少，供配電系統簡單可靠，供電回路不再單獨為某一類設備供電，而是同時為變配電所內設備供電，供電負荷更加均勻，由于級數少，高壓設備也相應減少，大幅度減小了建設成本，唯一的不足就是10 kV電源進線分散在南、北站房，鐵路客站的用電總負荷計量和管理不太方便，同時商業用電與站房其他用電共用10 kV配電，不能直接對商業用電的計量和統計，但是由于自動化系統的發展，統計和管理問題已經得到了較好的解決，所以其他條件成為選擇供電方案的關鍵，可靠性高、經濟性好是方案三的主要特點，自動化系統的利用占地面積小，投資建設費用不高也是方案三的優勢。

3 10 kV供電系統設計

根據以上供電方案的可靠性與經濟性的分析，方案三由于系統結構簡單、明了，供電可靠性高，且造價更低，本設計最終選用的供電方案三，體現了“簡單的才是可靠的”設計理念。由于南北區域變配電所供電電源相同，只有降壓變壓器容量不同，以北部區域為例，方案三的10 kV供電系統設計如圖1所示。

4 結語

對于大型鐵路客站供電系統的管理、計量和其他操作簡單但很繁瑣且復雜，需要消耗大量人力等的問題在當今自動化系統發展迅速的時代，已經可以由自動化系統解決，所以供電系統設計的首要義務就是能夠具有更高的供電可靠性，其次，需要考慮的是建設成本等問題[5]。本文的大型鐵路客站供電系統設計方案，已經避免了很多老舊的設計問題，提高了供電可靠性。

[參考文獻]

[1]何金龍.現階段建筑供配電設計中存在問題及解決對策研究[J].建筑工程技術與設計，2017（6）：12-13.

[2]唐志平.供配電技術[M].北京：電子工業出版社，2008.

[3]陳車.大型鐵路客站供配電系統設計及其可靠性分析[J].智能建筑電氣技術，2017（3）：50-57.

[4]馮垚鑫.建筑供配電可靠性研究[J].山西建筑，2018（15）：66-67.

[5]杜榮茂.淺談鐵路客站電氣的綠色節能設計[J].城市建設理論研究（電子版），2014（28）：51-55.