中低運量城市軌道交通系統(tǒng)中箱式變電站方案設(shè)計

中圖分類號：U224.8 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）20-0130-04

Abstract：Inrecentyears，with theactiveexplorationand vigorousdevelopmentof variousnewtypesof mediumand lowvolumeurbanrailtransit，box-typesubstationshavebecomemorewidelyusedduetothelimitationsoftightabove-ground transportationspaceandterrin.Thisarticleanalyzesthecharacteristicsandadvantagesofbox-typesubstations，andusestwo projectexamplestodemonstratetheapplicationresultsofbox-typesubstationsinurbanrailtransitwithmediumandlowvolume volume，reflectingtheaplicationprospectsofbox-typesubstatios，andproviingrefereneforthdesignofbox-typesubstations in urban rail transit with medium and low volume.

Keywords：urban rail transit；medium and low trafic volume;box-type substation; substation; scheme design

近年來，隨著國家對大運量城市軌道交通建設(shè)門檻的不斷提高，諸多中小城市、城市非中心區(qū)、工業(yè)園區(qū)及旅游景區(qū)等，由于客流需求和經(jīng)濟條件尚未達到標準，以及高等級景區(qū)限制引入大運量軌道交通等原因，大運量軌道交通建設(shè)受限，但大運量軌道交通末端客流仍客觀存在接駁需求，而中低運量軌道交通是解決這一問題的最佳方案。由此，各地對中低速磁浮、導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)、智能軌道快運系統(tǒng)等新型中低運量城市軌道交通方案的探索越發(fā)積極。

相較于地鐵等建造在城市地下空間的大運量軌道交通系統(tǒng)，中低運量軌道交通系統(tǒng)一般在地上空間進行敷設(shè)，為了獲得良好的造價指標和經(jīng)濟指標，并更好地適應(yīng)各類地形，要求車站規(guī)模與大小更加精準緊湊，以實現(xiàn)緊張的地面交通空間的充分利用。尤其是對于高架線路為主的中低運量軌道交通工程，其大部分車站主體均為站橋一體形式，該類型車站受紅線、限界、橋梁等專業(yè)限制，規(guī)模較小，為保證建筑房間的經(jīng)濟合理性，采用箱式變電所外掛方案可大幅縮減設(shè)備房間規(guī)模，為車站主體建筑及工程造價減負。

1箱式變電站簡介

箱式變電站，又稱為預(yù)裝式箱體變電所或預(yù)裝式箱體變電站，可根據(jù)定制化需求將各變配電設(shè)備按一定接線方案排成一體的工廠預(yù)制式變電站，其電氣裝置均統(tǒng)一安裝在一個防潮、防銹、防塵、防鼠、防火、防盜、隔熱、全封閉且可移動的金屬結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)，機電一體化，全封閉運行，具備遙測、通信、遙調(diào)等功能，從而實現(xiàn)少人值守或無人值守。

箱式變電站用途很廣，可安裝在人行道旁、綠化區(qū)、道路交叉口、生活小區(qū)、工業(yè)園區(qū)、生產(chǎn)場地、商業(yè)中心、高層建筑、礦山、油田與高速公路等處，也可作成移動式變電站，適用于流動作業(yè)的場所。目前，德國、日本、美國和英國等工業(yè)發(fā)達國家，箱變用量很大，在中壓變電站中箱變占 90% ，技術(shù)已經(jīng)非常成熟。而在城市軌道交通系統(tǒng)中，箱式牽引變電站一般整合了高壓開關(guān)柜（ 35kV 或 10kV ）牽引整流機組、直流開關(guān)柜、交直流屏系統(tǒng)、再生制動設(shè)備和配電變壓器等。

箱式變電站與傳統(tǒng)房建變電站的特點對比見表1。

對比2種變電站，箱式變電站具有占地面積小、工廠化預(yù)制生產(chǎn)、施工周期短等優(yōu)點，適用于快速部署和空間有限的場合，而房建變電站則具有更好的保護和支持設(shè)備的能力，適用于對安全性和穩(wěn)定性有較高要求的場合。

2車站箱式變電所與房建變電所方案對比

以某中低速磁浮旅游快線的一個高架站為例，此高架站西側(cè)為游客服務(wù)中心大樓，北側(cè)為游客服務(wù)中心大型停車場，南側(cè)為游客服務(wù)中心地面露臺，東側(cè)為邊坡，車站部分侵入了邊坡。車站為3層高架側(cè)式站，地下一層為電纜夾層、消防泵房等設(shè)備用房，地面一層為設(shè)備層，地面二層為站廳層，地面三層為站臺層。

對于房建變電所方案，其 35kV 開關(guān)柜室、組合變流器室、直流開關(guān)柜室、 .0.4kV 開關(guān)柜室和控制室等均布置在地面一層右端設(shè)備區(qū)，如圖1（a）所示，同時變電所范圍下方設(shè)置凈高不小于 1.9m 電纜夾層，如圖2（a）所示。地面層左半?yún)^(qū)域則為物業(yè)綜合開發(fā)區(qū)。此方案下，物業(yè)綜合開發(fā)區(qū)面積為 645m² 。

對于箱式變電所方案，高壓開關(guān)柜、組合變流裝置、直流開關(guān)柜和上網(wǎng)組合開關(guān)柜等牽引變電設(shè)備整合進箱式變電所中，車站建筑內(nèi) 35kV 開關(guān)柜室、組合變流器室、直流開關(guān)柜室和控制室均取消，僅保留0.4kV 開關(guān)柜室，地面一層物業(yè)綜合開發(fā)區(qū)面積由原645m² 增大至 857m² ，如圖1（b）所示，同時車站變電所地下電纜夾層面積也得以減少，僅保留箱式變電所進出車站的主干電纜通道，如圖2（b）所示。

對比房建變電所方案，采用外置箱式變電所方案后，公共區(qū)面積增大了 212m² ，并且其地下夾層減小 35% 左在不調(diào)整車站外輪廓及規(guī)模的情況下，車站建筑站廳層右。2種方案的土建工程量及費用對比見表2。

根據(jù)箱變廠家及結(jié)構(gòu)專業(yè)提資，此車站箱式變電所尺寸為長 16.7m× 寬 3.9m ，基礎(chǔ)采用單樁 θ600m 樁基礎(chǔ)（樁長 9m ） ⁺ 承臺 1.2m×1.2m+ 拉梁，頂板采用梁、板框架體系。本方案箱式變電土建工程量及費用見表3。

由于車站地下夾層面積減小，車站東側(cè)邊坡的加固防護樁截面可由原 3m×4m 調(diào)整為 3m×3.5m ，樁長由原來的 38m 調(diào)整為 32m ，同時公路左側(cè) 1.5m× 2.5m 樁可取消。此方案節(jié)約鋼筋混凝土約 1718m³ 錨索樁錨索由原設(shè)計7排錨索，減少為3排錨索，且每排錨索可減少約 4m 長度，共計節(jié)約投資約350萬元。

除以上土建及防護樁費用外，由于箱式變電所外置，需增設(shè)箱式變電所至車站地下夾層的電纜溝通道，根據(jù)現(xiàn)場情況，箱式變電所至車站電纜敷設(shè)距離大約為 120m ，電纜根數(shù)約為50根。對比房建變電所方案，箱式變電所方案增減費用匯總見表4。

所方案能有效降低單座車站的工程造價，此外車站內(nèi)由于變電所外置后增加的 212m² 公共區(qū)面積還可考慮用于車站商業(yè)綜合開發(fā)，結(jié)合此工程的旅游屬性，可提升旅客乘坐體驗及服務(wù)質(zhì)量，增強旅游線路的商業(yè)收益。

3全線箱式變電所優(yōu)化布置對比

對于低運量軌道交通系統(tǒng)，根據(jù)國家相關(guān)政策文件要求，原則上低運量軌道交通項目直接工程投資不得超過1億元/km，工程造價控制嚴格。針對此類工程，通過引人箱式變電所，可以將降壓所從車站建筑中解放出來，從而打破每站一個變電所的設(shè)置原則，在合適的站間距下，靈活采用兩站或三站共用一個箱式變電所的方案，進而優(yōu)化減少全線的變電所數(shù)量。

以某條低運量軌道交通環(huán)線為例，線路正線全長30.8km ，全程均為高架線，設(shè)站32座，平均站間距0.96km ，最大站間距 2.483km ，最小站間距 0.41km 全線設(shè)置1座綜合車場，控制中心位于綜合車場內(nèi)。線路采用導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)，車輛采用車載蓄電池供電，僅在綜合車場及正線彩虹湖公園東站設(shè)置成套充電裝置向車輛蓄電池充電，正線無牽引變電所及接觸網(wǎng)。

由于此工程車輛充電主要在綜合車場進行，正線車站規(guī)模小，動力照明負荷小，從減少工程投資角度出發(fā)，采用分散式供電方案。經(jīng)調(diào)查周圍城市電網(wǎng)具備向本工程提供 0.4kV 和 10kV 外部電源的條件，經(jīng)過比選，鑒于 0.4kV 方案涉及城市電網(wǎng)的大量協(xié)調(diào)、改造，加之工程工期緊張，最終確定外部電源供電電壓等級采用 10kV 。

基于以上外部電源方案，共設(shè)置3處電源開閉所，分別位于綜合車場以及正線2個車站，綜合車場開閉所引入兩回 10kV 進線電源，2個車站開閉所各引入一回 10kV 進線電源，中壓環(huán)網(wǎng)采用 10kV 電壓等級，并分為4個供電分區(qū)。

根據(jù)線路及行車組織相關(guān)資料，全線降壓變電所布置方案如下。

方案一：正線車站主體建筑內(nèi)設(shè)置1座降壓變電所向本車站的動力照明重要負荷及一般負荷供電。基于此原則，此方案正線共計設(shè)置30座降壓變電所。

方案二：正線車站用電負荷較小，在 0.4kV 供電半徑不大于 450m 的2個車站，在區(qū)間里程中心位置設(shè)置一座區(qū)間箱式降壓變電所，承擔其兩側(cè)車站的動力照明重要負荷及一般負荷。基于以上原則，全線可設(shè)置7座相鄰車站共用的區(qū)間降壓變電所，正線共計設(shè)置23座降壓變電所（含車站降壓所及區(qū)間降壓所）。由于預(yù)裝式箱式變電所具有占地面積小等優(yōu)勢，區(qū)間箱體變電所可設(shè)在線路橋梁下方，置于橋墩之間或路邊綠化帶內(nèi)。

方案一與方案二均滿足 0.4kV 用電需求，按照以往類似導(dǎo)軌式膠輪系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗，區(qū)間箱體變電所與車站房建變電所相比，兩方案投資差異見表5。

車站房建變電所在可靠性、使用壽命、受制約性和運營維護便利性方面優(yōu)于箱式變電所，而區(qū)間預(yù)裝式箱體變電所在施工周期、冗余性方面優(yōu)于車站房建變電所。結(jié)合線路資料，采用方案一時正線需設(shè)置30座車站房建降壓變電所，而采用方案二時正線降壓變電所降至23座，方案二較方案一可節(jié)省投資約1099萬元。

針對低運量軌道交通工程，國家政策以及建設(shè)單位對其造價指標控制更加嚴格，經(jīng)濟性是方案對比中的關(guān)鍵考量因素，從投資節(jié)約角度出發(fā)，通過引入?yún)^(qū)間箱式變電所實現(xiàn)多車站供配電資源共享，可有效減少全線變電所數(shù)量，降低全線工程造價，并實現(xiàn)全線變電所更均勻的布局，構(gòu)建更加經(jīng)濟節(jié)約又科學合理的供電網(wǎng)絡(luò)。

4結(jié)束語

隨著箱式變電站技術(shù)的日益成熟，其應(yīng)用范圍和行業(yè)領(lǐng)域也逐漸拓寬。相較于傳統(tǒng)的房建式變電所，箱式變電站憑借其占地面積小、施工周期短等優(yōu)勢，在中低運量軌道交通工程中展現(xiàn)出更大的潛力。這類工程通常對車站規(guī)模有嚴格控制，地面空間受限，且造價經(jīng)濟指標更為緊張，因此箱式變電所的應(yīng)用更加靈活，并能有效降低工程投資。然而，箱式變電所在實際運用中也存在一些挑戰(zhàn)，例如在火災(zāi)救援方面，箱式變電站通常采用全密封且無人值守的設(shè)計，盡管配備了遠程火災(zāi)報警系統(tǒng)，但是當箱體內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，相較于設(shè)置在車站內(nèi)有人值守的房建變電所，較不利于人員迅速至現(xiàn)場進行火災(zāi)的撲救，因此可以考慮設(shè)計自動滅火系統(tǒng)，但這會相應(yīng)增加制造成本。同時，由于箱式變電站獨立于車站在路邊或路中設(shè)置，尤其當其設(shè)置于道路中間綠化帶時，有一定被道路車輛碰撞風險。

因此，在選擇各軌道交通線路的變電所方案時，必須充分考慮線路實際情況，綜合權(quán)衡各種因素，以選擇最符合工程特點的方案。

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