王彥利，謝 偉，魯 楠

0 引言

目前，地鐵車站和區(qū)間的電氣設(shè)備（除牽引供電系統(tǒng)外）均采用交流380/220 V電源供電，電源取自降壓變電所。該電氣設(shè)備的正常運(yùn)行決定了地鐵的安全性、可靠性和舒適度，因此，為之提供電源的低壓供電系統(tǒng)是地鐵正常運(yùn)轉(zhuǎn)的能源基礎(chǔ)。

地鐵車站一般是中部為公共區(qū)，兩端為設(shè)備區(qū)，主要電氣設(shè)備多數(shù)集中在兩端的設(shè)備區(qū)內(nèi)。每座地鐵車站一般設(shè)置1座降壓變電所（包括牽引降壓混合變電所中的降壓變電所，后文不再說(shuō)明），位置選在車站低壓負(fù)荷的重負(fù)荷端。

地鐵車站中的電氣設(shè)備容量大、數(shù)量多、分布廣，低壓供電較為復(fù)雜、困難，在建和開通的項(xiàng)目中暴露出開關(guān)級(jí)差配合、低壓電纜電壓損失、電纜通道擁擠、電纜截面過(guò)大等許多問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，對(duì)車站低壓供電的方式進(jìn)行系統(tǒng)、全面的分析研究，綜合考慮可靠性、工程投資、運(yùn)行費(fèi)用、設(shè)計(jì)施工管理的便利等多個(gè)方面，提出合理、可行的低壓配電方案。

1 地鐵車站低壓供電主接線方案

根據(jù)地鐵車站低壓負(fù)荷的分布特點(diǎn)，目前主要有3個(gè)低壓配電主接線方案。為便于表述，在以下的介紹和分析中，定義降壓變電所所在的車站一端為A端，另外一端為B端。

1.1 降壓變電所直接供電方案（方案1）

車站A端設(shè)置1座降壓變電所，車站B端不設(shè)置配電室或跟隨式降壓變電所。車站 A端和 B端（包括站內(nèi)和臨近區(qū)間）電氣設(shè)備的電源均直接引自降壓變電所的低壓開關(guān)柜（圖1）。

1.2 設(shè)置低壓配電室供電方案（方案2）

車站A端設(shè)置1座降壓變電所，車站B端設(shè)置1個(gè)低壓配電室，低壓配電室的電源引自降壓變電所。車站 A端（包括站內(nèi)和臨近區(qū)間）電氣設(shè)備的電源引自降壓變電所的低壓開關(guān)柜，車站 B端（包括站內(nèi)和臨近區(qū)間）電氣設(shè)備的電源引自低壓配電室的低壓開關(guān)柜（圖2）。

1.3 設(shè)置跟隨式降壓變電所供電方案（方案3）

車站A端設(shè)置1座降壓變電所，車站B端設(shè)置1座跟隨式降壓變電所，跟隨式降壓變電所的進(jìn)線電源采用交流35 kV（或10 kV），電源引自降壓變電所。車站 A端（包括站內(nèi)和臨近區(qū)間）電氣設(shè)備的電源引自降壓變電所的低壓開關(guān)柜，車站B端（包括站內(nèi)和臨近區(qū)間）電氣設(shè)備的電源引自跟隨式降壓變電所的低壓開關(guān)柜（圖3）。

圖1 降壓變電所直接供電方案示意圖

圖2 設(shè)置低壓配電室供電方案示意圖

圖3 設(shè)置跟隨式降壓變電所供電方案示意圖

2 地鐵車站低壓配電3種主接線方案比較

2.1 方案1與方案2的比較

在方案1中，車站B端電氣設(shè)備的供電電纜全部由 A端變電所放射式引出，縱穿車站公共區(qū)后到達(dá)各設(shè)備配電箱。因此低壓電纜數(shù)量龐大，個(gè)別電纜截面很大，給設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)帶來(lái)諸多困難。同時(shí)大量電纜堆積在一個(gè)狹小的橋架內(nèi)，難于辨識(shí)和維修，火災(zāi)工況的后果更是難以想象。

方案2與方案1的供電可靠性水平相同。為保證方案選擇的科學(xué)性，以1個(gè)地鐵車站作為實(shí)例，同時(shí)進(jìn)行2個(gè)方案的細(xì)化設(shè)計(jì)，找出2個(gè)方案的主要差異，概括如下[1]：

（1）降壓變電所低壓開關(guān)柜的饋線數(shù)量。方案1為99回路，方案2為59回路。方案2較方案1減少約40%，縮減了變電所低壓開關(guān)柜室的長(zhǎng)度，降低了車站建筑設(shè)計(jì)的難度。

（2）穿越車站公共區(qū)的電纜數(shù)量。方案1為46回路，方案2為6回路。方案2減少約90%，大幅度減少了通過(guò)車站公共區(qū)的低壓電纜回路數(shù)和根數(shù)，解決了公共區(qū)電纜擁擠問(wèn)題。

（3）方案2在車站B端增加了低壓配電室，這在一定程度上規(guī)避了長(zhǎng)距離低壓供電問(wèn)題，低壓電纜損耗有所減少，每年節(jié)省電費(fèi)約0.68萬(wàn)元/站。

（4）方案2增加了進(jìn)線柜、母聯(lián)柜、干線電纜和相應(yīng)的土建面積，但減少了 A端配電電纜的長(zhǎng)度和截面。綜合考慮，方案2比方案1增加工程投資約60萬(wàn)元/站。

方案1通常用于地面或高架車站。對(duì)于地下車站，遠(yuǎn)離降壓變電所端的負(fù)荷通常較大，應(yīng)增設(shè)低壓配電室以利于設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)，建議結(jié)合工程實(shí)際采用。

2.2 方案2與方案3的比較

方案2與方案3基本相當(dāng)，主要區(qū)別是車站B端的電源問(wèn)題，方案2采用低壓0.4 kV，方案3采用高壓35 kV（或10 kV）。

本文重點(diǎn)對(duì)方案2和方案3進(jìn)行分析，提出二者的選用條件。

3 低壓配電室和跟隨式降壓所方案比較

為保證方案比較的科學(xué)性和完整性，對(duì)2個(gè)方案不同的投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用均進(jìn)行必要的方案設(shè)計(jì)，在方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算比較。同時(shí)，為了分析研究的方便性和彰顯差異，對(duì)于2個(gè)方案相同或相近的項(xiàng)目均不進(jìn)行比較，即僅針對(duì)可比項(xiàng)目進(jìn)行。比較的主要前提和原則如下：

（1）地鐵車站為一般標(biāo)準(zhǔn)規(guī)模的非換乘車站，低壓負(fù)荷與車站規(guī)模相適應(yīng)。對(duì)于換乘車站也可參照研究結(jié)論。

（2）車站B端低壓供電功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.9。

（3）2回路電源同時(shí)供電時(shí)負(fù)擔(dān)全部一、二、三級(jí)負(fù)荷，負(fù)載率為60%；單回路電源供電時(shí)帶全部一、二級(jí)負(fù)荷，負(fù)載率為100%。供電電纜的截面和變壓器的容量按照單回路電源供電考慮，損耗電費(fèi)按照雙回路電源運(yùn)行狀況考慮（單回路電源供電不是長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)）。

（4）設(shè)備價(jià)格參照近半年的設(shè)備招標(biāo)價(jià)格。

（5）對(duì)于相同容量的車站負(fù)荷，無(wú)論是否設(shè)置跟隨式降壓變電所，均認(rèn)為動(dòng)力變壓器的空載損耗和負(fù)載損耗相當(dāng)。

（6）方案比較中的運(yùn)營(yíng)電費(fèi)按照20年計(jì)算，電費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)按照0.8244元/度考慮。

3.1 工程投資的比較

方案2和方案3的工程投資的可比部分，主要包括低壓開關(guān)、低壓電纜和土建費(fèi)用。電纜截面按照單回路供電時(shí)考慮，負(fù)擔(dān)全部一、二級(jí)負(fù)荷，電壓損失不大于2%。

表1列出了方案3與方案2的工程投資差額，表中數(shù)值為正的表示方案3比方案2增加的投資，表中數(shù)值為負(fù)的表示方案3比方案2節(jié)約的投資。

3.2 運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的比較

本文討論的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用指損耗電費(fèi)，按照20年估算，進(jìn)行比較的數(shù)值只反映可比部分。

方案2的電費(fèi)主要為低壓電纜和變壓器損耗，方案3的電費(fèi)主要為高壓電纜和變壓器損耗。

表2列出了方案3與方案2的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用差額，表中數(shù)值為正的表示方案3比方案2增加的電費(fèi)，表中數(shù)值為負(fù)的表示方案3比方案2節(jié)約的電費(fèi)。

3.3 工程投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的綜合比較

綜合考慮工程投資和運(yùn)營(yíng)損耗費(fèi)用，比較結(jié)果見表3，表中數(shù)值為正的表示方案2比方案3增加的費(fèi)用，表中數(shù)值為負(fù)的表示方案2比方案3節(jié)約的費(fèi)用。

表1 方案2與方案3的投資比較（萬(wàn)元）

表2 方案2與方案3的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用比較（萬(wàn)元）

表3 方案2與方案3的投資和運(yùn)營(yíng)損耗的比較表（萬(wàn)元）

3.4 其他項(xiàng)目的比較

方案2與方案3都滿足地鐵一、二、三級(jí)負(fù)荷的供電要求，可靠性相當(dāng)。方案3采用了35 kV進(jìn)行電能傳輸，方案2更多地依靠0.4 kV進(jìn)行電能傳送，從設(shè)備可靠性方面看，高壓設(shè)備的可靠性強(qiáng)于低壓設(shè)備。

在工程中采用方案2時(shí)，降壓變電所至低壓配電室的電源電纜的根數(shù)將非常多，不但工程投資會(huì)顯著增加，而且設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理均不便，即使選用封閉母線替換低壓電纜，工程投資也不能減少，而且封閉母線的施工安裝更為困難。

另外，在投資比較中，對(duì)于方案2，由于降壓變電所至低壓配電室間的電纜的 2%附加電壓損失，將導(dǎo)致低壓配電室至供電末端處的電纜截面增加，還要增加方案2的工程投資。而方案3不存在該問(wèn)題。

在車站 B端設(shè)置跟隨式降壓變電所，工程可靠性高，且便于設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)。

4 結(jié)論

綜合以上的計(jì)算和分析，歸納總結(jié)如下：

（1）在地鐵工程中，對(duì)于低壓負(fù)荷較大的地下車站，不宜采用只設(shè)1座降壓變電所向全站低壓設(shè)備供電的方案，應(yīng)在車站的非變電所端設(shè)置1個(gè)低壓配電室或1座跟隨式降壓變電所。

表4 地鐵車站跟隨式降壓變電所設(shè)置速選表

（2）關(guān)于地鐵車站低壓配電室和跟隨式降壓變電所的方案選擇，可參照表4。在使用該速選表時(shí)，首先確定車站 B端的供電容量和供電距離，當(dāng)供電容量和供電距離在表中的交匯點(diǎn)位于表中粗實(shí)線的左上方時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置低壓配電室的供電方案；當(dāng)供電容量和供電距離在表中的交匯點(diǎn)位于表中粗實(shí)線的右下方時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置跟隨式降壓變電所的供電方案。

[1]尹聿力.地鐵車站低壓配電室方案研究[J].電氣化鐵道，2008，（4）.

[2]工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社.