地铁车站跟随式降压变电所设置方案研究

王彦利，谢 伟，鲁 楠

0 引言

目前，地铁车站和区间的电气设备（除牵引供电系统外）均采用交流380/220 V电源供电，电源取自降压变电所。该电气设备的正常运行决定了地铁的安全性、可靠性和舒适度，因此，为之提供电源的低压供电系统是地铁正常运转的能源基础。

地铁车站一般是中部为公共区，两端为设备区，主要电气设备多数集中在两端的设备区内。每座地铁车站一般设置1座降压变电所（包括牵引降压混合变电所中的降压变电所，后文不再说明），位置选在车站低压负荷的重负荷端。

地铁车站中的电气设备容量大、数量多、分布广，低压供电较为复杂、困难，在建和开通的项目中暴露出开关级差配合、低压电缆电压损失、电缆通道拥挤、电缆截面过大等许多问题。为解决这些问题，对车站低压供电的方式进行系统、全面的分析研究，综合考虑可靠性、工程投资、运行费用、设计施工管理的便利等多个方面，提出合理、可行的低压配电方案。

1 地铁车站低压供电主接线方案

根据地铁车站低压负荷的分布特点，目前主要有3个低压配电主接线方案。为便于表述，在以下的介绍和分析中，定义降压变电所所在的车站一端为A端，另外一端为B端。

1.1 降压变电所直接供电方案（方案1）

车站A端设置1座降压变电所，车站B端不设置配电室或跟随式降压变电所。车站 A端和 B端（包括站内和临近区间）电气设备的电源均直接引自降压变电所的低压开关柜（图1）。

1.2 设置低压配电室供电方案（方案2）

车站A端设置1座降压变电所，车站B端设置1个低压配电室，低压配电室的电源引自降压变电所。车站 A端（包括站内和临近区间）电气设备的电源引自降压变电所的低压开关柜，车站 B端（包括站内和临近区间）电气设备的电源引自低压配电室的低压开关柜（图2）。

1.3 设置跟随式降压变电所供电方案（方案3）

车站A端设置1座降压变电所，车站B端设置1座跟随式降压变电所，跟随式降压变电所的进线电源采用交流35 kV（或10 kV），电源引自降压变电所。车站 A端（包括站内和临近区间）电气设备的电源引自降压变电所的低压开关柜，车站B端（包括站内和临近区间）电气设备的电源引自跟随式降压变电所的低压开关柜（图3）。

图1 降压变电所直接供电方案示意图

图2 设置低压配电室供电方案示意图

图3 设置跟随式降压变电所供电方案示意图

2 地铁车站低压配电3种主接线方案比较

2.1 方案1与方案2的比较

在方案1中，车站B端电气设备的供电电缆全部由 A端变电所放射式引出，纵穿车站公共区后到达各设备配电箱。因此低压电缆数量庞大，个别电缆截面很大，给设计、施工和运营维护带来诸多困难。同时大量电缆堆积在一个狭小的桥架内，难于辨识和维修，火灾工况的后果更是难以想象。

方案2与方案1的供电可靠性水平相同。为保证方案选择的科学性，以1个地铁车站作为实例，同时进行2个方案的细化设计，找出2个方案的主要差异，概括如下[1]：

（1）降压变电所低压开关柜的馈线数量。方案1为99回路，方案2为59回路。方案2较方案1减少约40%，缩减了变电所低压开关柜室的长度，降低了车站建筑设计的难度。

（2）穿越车站公共区的电缆数量。方案1为46回路，方案2为6回路。方案2减少约90%，大幅度减少了通过车站公共区的低压电缆回路数和根数，解决了公共区电缆拥挤问题。

（3）方案2在车站B端增加了低压配电室，这在一定程度上规避了长距离低压供电问题，低压电缆损耗有所减少，每年节省电费约0.68万元/站。

（4）方案2增加了进线柜、母联柜、干线电缆和相应的土建面积，但减少了 A端配电电缆的长度和截面。综合考虑，方案2比方案1增加工程投资约60万元/站。

方案1通常用于地面或高架车站。对于地下车站，远离降压变电所端的负荷通常较大，应增设低压配电室以利于设计、施工和运营维护，建议结合工程实际采用。

2.2 方案2与方案3的比较

方案2与方案3基本相当，主要区别是车站B端的电源问题，方案2采用低压0.4 kV，方案3采用高压35 kV（或10 kV）。

本文重点对方案2和方案3进行分析，提出二者的选用条件。

3 低压配电室和跟随式降压所方案比较

为保证方案比较的科学性和完整性，对2个方案不同的投资和运营费用均进行必要的方案设计，在方案设计的基础上进行计算比较。同时，为了分析研究的方便性和彰显差异，对于2个方案相同或相近的项目均不进行比较，即仅针对可比项目进行。比较的主要前提和原则如下：

（1）地铁车站为一般标准规模的非换乘车站，低压负荷与车站规模相适应。对于换乘车站也可参照研究结论。

（2）车站B端低压供电功率因数补偿到0.9。

（3）2回路电源同时供电时负担全部一、二、三级负荷，负载率为60%；单回路电源供电时带全部一、二级负荷，负载率为100%。供电电缆的截面和变压器的容量按照单回路电源供电考虑，损耗电费按照双回路电源运行状况考虑（单回路电源供电不是长期运行状态）。

（4）设备价格参照近半年的设备招标价格。

（5）对于相同容量的车站负荷，无论是否设置跟随式降压变电所，均认为动力变压器的空载损耗和负载损耗相当。

（6）方案比较中的运营电费按照20年计算，电费标准按照0.8244元/度考虑。

3.1 工程投资的比较

方案2和方案3的工程投资的可比部分，主要包括低压开关、低压电缆和土建费用。电缆截面按照单回路供电时考虑，负担全部一、二级负荷，电压损失不大于2%。

表1列出了方案3与方案2的工程投资差额，表中数值为正的表示方案3比方案2增加的投资，表中数值为负的表示方案3比方案2节约的投资。

3.2 运营费用的比较

本文讨论的运营费用指损耗电费，按照20年估算，进行比较的数值只反映可比部分。

方案2的电费主要为低压电缆和变压器损耗，方案3的电费主要为高压电缆和变压器损耗。

表2列出了方案3与方案2的运营费用差额，表中数值为正的表示方案3比方案2增加的电费，表中数值为负的表示方案3比方案2节约的电费。

3.3 工程投资和运营费用的综合比较

综合考虑工程投资和运营损耗费用，比较结果见表3，表中数值为正的表示方案2比方案3增加的费用，表中数值为负的表示方案2比方案3节约的费用。

表1 方案2与方案3的投资比较（万元）

表2 方案2与方案3的运营费用比较（万元）

表3 方案2与方案3的投资和运营损耗的比较表（万元）

3.4 其他项目的比较

方案2与方案3都满足地铁一、二、三级负荷的供电要求，可靠性相当。方案3采用了35 kV进行电能传输，方案2更多地依靠0.4 kV进行电能传送，从设备可靠性方面看，高压设备的可靠性强于低压设备。

在工程中采用方案2时，降压变电所至低压配电室的电源电缆的根数将非常多，不但工程投资会显著增加，而且设计、施工、运营管理均不便，即使选用封闭母线替换低压电缆，工程投资也不能减少，而且封闭母线的施工安装更为困难。

另外，在投资比较中，对于方案2，由于降压变电所至低压配电室间的电缆的 2%附加电压损失，将导致低压配电室至供电末端处的电缆截面增加，还要增加方案2的工程投资。而方案3不存在该问题。

在车站 B端设置跟随式降压变电所，工程可靠性高，且便于设计、施工和运营。

4 结论

综合以上的计算和分析，归纳总结如下：

（1）在地铁工程中，对于低压负荷较大的地下车站，不宜采用只设1座降压变电所向全站低压设备供电的方案，应在车站的非变电所端设置1个低压配电室或1座跟随式降压变电所。

表4 地铁车站跟随式降压变电所设置速选表

（2）关于地铁车站低压配电室和跟随式降压变电所的方案选择，可参照表4。在使用该速选表时，首先确定车站 B端的供电容量和供电距离，当供电容量和供电距离在表中的交汇点位于表中粗实线的左上方时，应考虑设置低压配电室的供电方案；当供电容量和供电距离在表中的交汇点位于表中粗实线的右下方时，应考虑设置跟随式降压变电所的供电方案。

[1]尹聿力.地铁车站低压配电室方案研究[J].电气化铁道，2008，（4）.

[2]工业与民用配电设计手册[M].北京：中国电力出版社.