陳建平

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,武漢 430063)

1 概述

南京南站及相關(guān)工程主要由南京南站房、動(dòng)車組運(yùn)用所、配套市政工程等組成。其中，南京南站總規(guī)模達(dá)66.7萬m2，其中主站房28.1萬m2，無站臺(tái)柱雨棚10.6萬m2，站房總設(shè)計(jì)規(guī)模28臺(tái)28線。南京南站及相關(guān)工程用電設(shè)備眾多，供電容量大，技術(shù)復(fù)雜，設(shè)計(jì)上既要滿足鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，又要滿足國標(biāo)、地方及其他行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，需針對(duì)不同的運(yùn)營需求和行業(yè)特點(diǎn)，綜合制定相應(yīng)的技術(shù)方案，以滿足不同行業(yè)需求和整體設(shè)計(jì)方案的融合和統(tǒng)一。

2 主變電站設(shè)計(jì)

由于南京南地區(qū)匯聚了京滬高速鐵路、滬漢蓉鐵路、寧杭客運(yùn)專線和寧安客運(yùn)專線、寧蕪貨線改造工程引入南京樞紐、南京南動(dòng)車運(yùn)用所和南京南站站房工程項(xiàng)目等多個(gè)鐵路新建項(xiàng)目，裝機(jī)容量約50 000 kVA，遠(yuǎn)超一個(gè)10 kV配電所的轉(zhuǎn)供容量[1-2]，為此建有3座10 kV配電所：南京南站站房設(shè)有2座10 kV配電所，為站房10座雙電源10/0.4 kV變電所及1座單電源10/0.4 kV變電所供電，變壓器裝機(jī)容量為36 880 kVA；動(dòng)車運(yùn)用所設(shè)有1座10 kV配電所，為動(dòng)車運(yùn)用所內(nèi)3座雙電源10/0.4 kV室內(nèi)變電所及2座單電源10/0.4 kV變電所等負(fù)荷供電，變壓器裝機(jī)容量為10 330 kVA；寧蕪貨線工程變壓器裝機(jī)容量約2 000 kVA。設(shè)計(jì)中主要進(jìn)行了以下方案比較。

方案1，以上3座10 kV配電所各從南京南地方變電站各接引兩路10 kV專盤專線電源，該方案主要特點(diǎn)是：由于電源工程線路穿過市區(qū)，按每個(gè)所2×5 km電源電纜線路、120萬元km/計(jì)算，僅電源線路投資將達(dá)3 600萬元，由于饋出回路多、裝機(jī)容量大，該地區(qū)220/10 kV變電站難以提供6路10 kV專盤專線電源及相應(yīng)容量。

方案2，利用南京南220/27.5 kV牽引變電所外部電源， 與該所同址合建1座雙電源220/10 kV變電站， 變壓器容量為2×25 000 kVA，由此變電站分別為以上3座10 kV配電所提供電源，變電站投資約1 600萬元，由該所分別配電所10 kV電源線路投資約500萬元。

方案2與方案1相比節(jié)約工程投資約1 500萬元，同時(shí)，由于與牽引變電所共用220 kV外部電源，供電可靠性也高于方案1[3]，在電能質(zhì)量方面，方案2存在牽引變電所兩供電臂不平衡的狀態(tài)下，10 kV電力供電系統(tǒng)側(cè)的電壓不平衡度問題[4]，經(jīng)計(jì)算U1/U2約為0.05%，滿足《電能質(zhì)量 供電電壓偏差》(GB/T12325—2008)“正常電壓不平衡度為2%”的規(guī)定。同時(shí)，南京南地區(qū)具有綜合交通樞紐性質(zhì)，后期還會(huì)有其他鐵路工程相繼建設(shè)，因此，本設(shè)計(jì)采用方案2，與牽引變電所共用220 kV外部電源方案，建設(shè)鐵路電力主變電站，對(duì)南京南地區(qū)鐵路變配電所進(jìn)行供電。

3 南京南站應(yīng)急電源方案

南京南站屬于特大型高速客運(yùn)站，除南京南站站房內(nèi)新建2座10 kV配電所，為保證站房消防、應(yīng)急照明等重要負(fù)荷的供電，站房供電必須增設(shè)應(yīng)急電源[5]。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，電力系統(tǒng)電氣故障無法限制在某個(gè)范圍內(nèi)部[6]，即使從電力系統(tǒng)接引三路外部電源站房也存在同時(shí)停電可能，結(jié)合本站特別重要的一級(jí)負(fù)荷較大特點(diǎn)，因此，本工程應(yīng)急電源采用了柴油發(fā)電機(jī)組方案?？紤]到站房面積大、供電距離遠(yuǎn)、環(huán)保要求等因素[7]，在距站房500 m外新建1座2×2 000 kVA的10 kV高壓柴油發(fā)電機(jī)組，作為整個(gè)站房的綜合應(yīng)急電源。此外，為滿足應(yīng)急照明啟動(dòng)時(shí)間要求，還設(shè)有EPS電源裝置為應(yīng)急照明負(fù)荷供電。10 kV高壓柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行控制特點(diǎn)如下。

(1)運(yùn)行方式：2臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組采用并列運(yùn)行方式，采用在兩機(jī)應(yīng)急啟動(dòng)時(shí)先完成空載并列，然后再投入負(fù)荷。

(2)自動(dòng)控制功能：在收到站房任意一座或2座10 kV配電所發(fā)出的柴發(fā)啟動(dòng)信號(hào)后，10 kV高壓柴油發(fā)電機(jī)組空載立即啟動(dòng)，并在15 s內(nèi)完成全部啟動(dòng)過程。在收到遠(yuǎn)程停機(jī)信號(hào)后經(jīng)1～10 min(可調(diào))延時(shí)空載運(yùn)行后自動(dòng)停機(jī)，在收到遠(yuǎn)程緊急停機(jī)信號(hào)后應(yīng)立即停機(jī)。2臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組可實(shí)現(xiàn)并列運(yùn)行供電方式，也可實(shí)現(xiàn)2臺(tái)機(jī)組獨(dú)立運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)與配電所的一對(duì)一供電方式。柴油發(fā)電開閉所斷路器的分、合閘由柴發(fā)機(jī)組的并聯(lián)控制柜控制實(shí)現(xiàn)，保護(hù)由開閉所微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

(3)柴發(fā)自動(dòng)同步功能：要求一臺(tái)發(fā)電機(jī)組與另一臺(tái)發(fā)電機(jī)組相位為參考，將指定發(fā)電機(jī)組的相位在5 s內(nèi)穩(wěn)定控制在±5°的范圍內(nèi)，并保持至同期合閘完成。

4 配套工程20 kV供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

南京南站配套市政工程設(shè)計(jì)范圍包括：南北高架橋落客平臺(tái)、地面層車場、地下一層車場及游客接待中心、南京南站房地下一層機(jī)房與地鐵圍合區(qū)域的商業(yè)開發(fā)。變壓器裝機(jī)容量約14 900 kVA。由于該工程屬于配套市政工程，不能與鐵路電力工程共用變配電所及外部電源，由于附近無滿足要求的10 kV電源，且20 kV供電系統(tǒng)在國內(nèi)有成功應(yīng)用的先例[8-10]，20 kV與10 kV相比，變配電設(shè)備投資增加約10%～20%，占地面積基本相同，但供電能力和供電范圍大大提高，20 kV系統(tǒng)供電容量是10 kV的2倍，供電半徑是10 kV的2～4倍，因此，本工程在地下一層西側(cè)商業(yè)開發(fā)區(qū)內(nèi)設(shè)置1座20 kV配電所，由地方220/20 kV變電站接引兩路20 kV電源。

配電所規(guī)模為二進(jìn)十二出，分別為南京南市政配套工程的所有6座20/0.4 kV變電所提供電源，20 kV主接線采用單母線斷路器分段運(yùn)行方式，正常運(yùn)行時(shí)，兩路20 kV電源同時(shí)運(yùn)行，母聯(lián)開關(guān)斷開，當(dāng)一路電源失電，母聯(lián)開關(guān)自動(dòng)投入，由另一路電源對(duì)全所重要負(fù)荷供電。20 kV配電所高壓開關(guān)柜采用SF6氣體絕緣型，采用微機(jī)綜合自動(dòng)化保護(hù)裝置。

5 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為便于管理，南京南站站房所有10 kV配電所、10/0.4 kV變電所和10 kV高壓柴油發(fā)電所高低壓電氣設(shè)備均納入上海鐵路局電調(diào)臺(tái)SCADA系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度，正常運(yùn)行時(shí)由上海鐵路局電調(diào)臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控，在南京南站房內(nèi)設(shè)1個(gè)電力監(jiān)控子站，作為上海鐵路局電調(diào)臺(tái)SCADA電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的備用監(jiān)控站，平時(shí)只監(jiān)視不控制，當(dāng)SCADA電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)故障無法在上海鐵路局電調(diào)臺(tái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控時(shí)，可通過上海鐵路局電調(diào)授權(quán)，電力監(jiān)控子站可實(shí)現(xiàn)南京南站全部電力監(jiān)控功能，確保南京南站電力供電系統(tǒng)正常運(yùn)行。

站房10/0.4 kV低壓變電所電力監(jiān)控終端由電力遠(yuǎn)動(dòng)通訊管理機(jī)、RTU設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、通訊接口設(shè)備等組成。為簡化接線，節(jié)省空間及投資，電力遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)采用面向單一電氣間隔的微型RTU，每個(gè)微型RTU具備液晶顯示功能，替代常規(guī)數(shù)顯儀表功能，每個(gè)微型RTU應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)本回路的各相電流電壓有效值就地顯示以及有功和無功功率、功率因數(shù)、電能量等就地顯示功能。電力遠(yuǎn)動(dòng)通訊管理機(jī)作為總控裝置，通過通訊網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)向下與各微型RTU設(shè)備進(jìn)行信息交互，向上與遠(yuǎn)動(dòng)主站系統(tǒng)進(jìn)行信息交互。RTU主要功能如下：提供7路交流量、2路遙控和6路遙信，并配置液晶顯示器，替代多功能表實(shí)現(xiàn)全電量就地顯示；提供三級(jí)過流、兩級(jí)過壓以及欠壓和失壓功能，并可采集漏電流，實(shí)現(xiàn)間隔絕緣監(jiān)視功能。上述保護(hù)功能動(dòng)作精度高于2%，固有動(dòng)作時(shí)間應(yīng)小于20 ms；能提供分辨率2 ms的SOE事件、分辨率20 ms的實(shí)時(shí)遙測曲線、高密度故障錄波數(shù)據(jù)；具備斷線續(xù)傳功能，在通信中斷時(shí)就地保存SOE、遙測曲線和錄波數(shù)據(jù)，并在通信恢復(fù)后自動(dòng)上傳。

6 機(jī)電設(shè)備與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)設(shè)計(jì)

為滿足設(shè)備和工藝控制要求，以方便運(yùn)行管理和節(jié)能為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)最大限度的優(yōu)化控制、管理和節(jié)能，南京南站房設(shè)有機(jī)電設(shè)備與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)。BAS監(jiān)控對(duì)象為空調(diào)通風(fēng)、電扶梯、給排水、站房變電所及公共區(qū)照明等子系統(tǒng)。其中，站房公共區(qū)照明和雨棚照明子系統(tǒng)采用智能照明控制系統(tǒng)對(duì)所有照明回路進(jìn)行節(jié)能控制，按照客運(yùn)需求和外部光環(huán)境，可根據(jù)需要自動(dòng)控制照明系統(tǒng)的運(yùn)行，既能更好的滿足客運(yùn)需要，實(shí)現(xiàn)了以人為本的人性化照明設(shè)計(jì)理念。BAS滿足了工藝控制要求，節(jié)約能源15%～25%、降低運(yùn)營成本、減少污染，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保。

7 結(jié)語

鐵路樞紐、段(所)等地區(qū)外部電源的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合負(fù)荷近遠(yuǎn)期規(guī)模統(tǒng)籌考慮，當(dāng)配電變壓器裝機(jī)容量近期達(dá)10～20 MVA以上，宜采用35 kV及以上電壓等級(jí)的地區(qū)變配電所進(jìn)行集中供電，并宜牽引變電所共用外部電源；20 kV配電系統(tǒng)與10 kV系統(tǒng)相比具有供電容量大、供電半徑遠(yuǎn)的優(yōu)勢，可積極推廣使用；特大型站房宜采用柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源；10/0.4 kV變電所采用微型RTU具有節(jié)省空間及投資、兼顧多功能儀表等優(yōu)勢；大型鐵路建筑采用BAS既能滿足設(shè)備和工藝控制要求，又能方便運(yùn)行管理和節(jié)能。本工程于2011年相繼投入運(yùn)營，電氣系統(tǒng)各項(xiàng)功能運(yùn)營良好，保證了該地區(qū)鐵路及配套工程電力系統(tǒng)生產(chǎn)、生活安全可靠供電。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50613—2010 城市配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2011.

[2] 中華人民共和國鐵道部.TB10008—2007 鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2007.

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[4] 張小瑜，吳俊勇.電氣化鐵路接入電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)問題[J].電網(wǎng)技術(shù)，2007，31(7):12-17.

[5] 中華人民共和國鐵道部.TB10621—2009 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)[S].北京：中國鐵道出版社，2010.

[6] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50052—2009 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2010.

[7] 孫建明,易東.柴油發(fā)電機(jī)帶10 kV貫通線電纜線路運(yùn)行可行性研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011(4)：101-103.

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