地鐵區間長距離配電方案設計與優化

郭成磊，王 娜

（1.中鐵二院華東勘察設計有限責任公司，浙江 杭州 310000；2.江蘇優匠峰建設工程有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

地鐵低壓配電系統負責為地鐵車站及區間低壓負荷提供電能，保證動力照明設備可靠運行。實際工程中常遇到區間設備距離變電所較遠，出現電纜截面偏小導致設備無法啟動或電纜截面偏大造成工程投資浪費等現象。本文以某地鐵區間低壓配電設計為例，從供電可靠性、合理性、經濟性以及運行維護等方面，分析地鐵區間射流風機、區間水泵等設備長距離配電的方案。

1 工程案例

某地鐵線路在車輛段內靠近出入段線處設有一座牽混所。出入段線為單洞雙線，在U型槽洞口處設有雨水泵（3臺，11 kW/臺），在隧道最低處設有廢水泵（2臺，7.5 kW/臺），在出入段線隧道內設置8臺射流風機（22 kW/臺），左右線各2組，每組2臺（上下疊放）。

1.1 設備運行工況和負荷分析

射流風機平時早晚各運行一次，改善隧道空氣環境；在區間發生火災或列車阻塞時兼事故風機，通過BAS系統命令配合隧道內機械排風。根據地鐵災害模式的設計要求，本工程按左右線同時有一處火災進行設計。

洞口雨水泵房的3臺雨水泵互為備用，必要時3臺同時使用。水泵根據水位線的升高逐臺啟動。廢水泵工作原理和雨水泵一致。

出入段線低壓設備相對分散，配電距離遠遠超過500 m的常規配電半徑，屬于區間長距離配電，且射流風機和區間水泵的負荷等級均為一級負荷。因此，要綜合考慮設備的運行工況、線路電壓損失、電機啟動條件以及級間配合等因素，制定合理的配電方案。

1.2 低壓配電方案

1.2.1 電源方案

本工程左線負荷88 kW，右線負荷136 kW，共224 kW。如果在靠近負荷中心設置跟隨所，則需要設置35 kV電纜、配電變壓器、0.4 kV配電柜等。此外，前期土建配合、后期運營維護均需大量人力和物力支持。因此，選擇從就近的牽混所取電是比較經濟、合理的方案。

1.2.2 電源箱設置

根據給排水專業資料，雨水泵自帶“一控三”的水泵電控柜。廢水泵自帶“一控二”的水泵電控柜，只需為水泵控制柜提供兩路獨立電源即可。

根據暖通專業資料，每臺射流風機自帶一臺射流風機控制柜。為了節省空間，減少回路數量，設置4套雙電源切換箱，每套為2臺射流風機控制柜配電。低壓配電系統如圖1所示。

圖1 低壓配電系統示意圖

1.2.3 電纜截面選擇

選擇電纜截面時一般把電動機設備配電壓降控制在5%以內，但區間負荷分布距離變電所較遠，還需考慮電機啟動條件：電動機全壓啟動時配電母線的電壓不低于系統標稱電壓的85%[1]。

經計算，本工程電纜截面詳見表1。

1.2.4 級間配合

對電動機負荷來說，啟動電流一般為額定電流的7倍左右[2]。啟動時，尖峰電流一般為啟動電流的2倍，即額定電流的14倍。所以，上級斷路器的瞬時脫扣器的整定電流應為啟動電流的2～2.4倍（考慮1.2倍裕量）。在發生單相接地短路故障時，靠開關過流保護兼作接地保護的校驗很難通過。可考慮在斷路器上增加必要的輔助附件，確保在單相接地短路故障時上級斷路器可靠跳閘。但是，增加附件會增加成本，降低配電系統的可靠性。

2 方案優化

地鐵設備長距離低壓配電方案通過BAS遠程發命令控制風機、水泵，無需人員值守，維護方便，占用土建面積較小。它的投資造價主要取決于配電電纜的型號和數量，優化目的是在保證供電安全可靠的基礎上，最大限度縮減投資，爭取最大經濟效益。因此，更合理地選擇電纜截面和減少電纜用量是方案優化的關鍵。

2.1 設備運行工況優化

2.1.1 工況優化1

實際運行時，可認為左右線射流風機不同時工作，即當一個隧道火災或阻塞工況時僅本隧道射流風機依次啟動；早、晚需要改善隧道內空氣條件時，某側射流風機先依次啟動，半小時后關閉，再啟動另一側射流風機。那么，4臺電源箱的功率相當于原方案的一半，電纜截面可減少一半。

2.1.2 工況優化2

受工況優化1的啟發，射流風機仍然按工況優化1運行。如果將射流風機雙電源切換電源箱ATQSL1與ATQ-SL2“T”接，則0.4 kV饋線回路容量和原方案一致，電纜截面不變，但電纜根數減少近一半。

2.2 電機啟動條件優化

一般電動機軟啟動電流僅為電機額定電流的4倍左右，采用軟啟動裝置可大大降低啟動電流，從而選擇截面更小的配電電纜。另外，采用軟啟動裝置后，在發生單相接地短路故障時，靠開關過流保護兼作接地保護的校驗更好通過，有利于極間配合。

2.3 就地無功補償

長距離供電線路中存在感性負載，導致大量無功功率的產生，降低功率因數，增加線路損耗。因此，在末端就地設置無功功率補償裝置可有效提高線路功率因數[3]，減小電纜截面，從而降低線路損耗。

表1 本工程電纜截面詳情

2.4 箱式變電站

箱式變電站以其結構緊湊、安裝方便、維護簡單以及安全可靠的特點，廣泛應用于住宅小區、市政道路等領域。地鐵區間設備分布分散，箱式變電站可根據地鐵區間設備的具體位置，盡量靠近負荷中心設置，可大大縮短低壓電纜的長度，降低線路損耗。

3 結 論

綜上所述，地鐵設備長距離配電應充分考慮設備的運行工況、供電可靠性、電動機設備啟動條件、級間配合以及對土建的影響等因素，最終選擇相對合理的配電方案。