大型铁路客站电力安全供电技术

2010-09-26秦岭

铁路技术创新 2010年1期

■ 秦岭

大型铁路客站电力安全供电技术

■ 秦岭

根据新时期铁路客站建设的“五性”原则要求，铁路客站定位从单一的客运作业场所和“城市大门”向多元开放的“综合交通换乘枢纽”转化，并与所在城市或区域的交通规划融为一体。大型铁路客站功能复杂，地铁、公交、长途客车等多种交通被引入站房或站区，并且具有24小时运营的特点。因此，铁路客站尤其是大型铁路客站，对供电安全性的需求一般高于机场等交通建筑或体育场馆等公共建筑。研究大型铁路客站供电安全的影响因素，确定其安全供电技术标准十分必要。

1 大型铁路客站防灾设计存在的问题

1.1 备用电源不能满足长时间供电要求

大型铁路客站一级负荷多，通常情况下均引入两路可靠独立电源。为满足特别重要一级负荷的供电要求时，通常采用EPS和UPS作为备用电源。选择备用电源供电时间，一般只考虑在火灾工况下，满足消防和人员疏散需要，通常不超过90min。

2008年1月中旬的雨雪冰冻灾害，使南方部分地区电网垮塌，铁路供电中断。备用电源不能满足长时间供电要求，铁路沿线车站不得不临时调集柴油发电机，为与行车指挥、客运专线铁路运营管理密切相关的通信、信号、综合调度系统等主要设备供电。

1.2 电源线路不能满足灾害天气下安全供电要求

大型铁路客站通常情况下均引入两路可靠独立电源，其电源线多为架空与电缆混合敷设方式，受冰雪及地质灾害影响较大，不能满足灾害天气下安全供电的要求。

在2008年1月中旬的雨雪冰冻灾害中，地方各类电压等级的电力架空线路由于严重覆冰，杆塔倾覆、电力导线断线等，造成与其交叉或邻近的铁路配电所电源线、10kV贯通线等铁路电力线路倒杆、断线，并引起短路、接地或断路故障而断电。严重覆冰的树木倾覆，侵入铁路配电所电源线、10kV自闭贯通线等，造成铁路电力线路倒杆、断线，并引起短路、接地或断路故障而断电。由于地方电网因灾故障，引起铁路电源线停电，造成铁路配电所、变电所断电。

1.3 防雷接地措施实施困难

大型铁路客站功能越来越完善，体量也越来越庞大，为使旅客在通透舒适的环境候车和乘车，大跨距结构层出不穷。同时，站房建筑美观越来越受重视。由此引起防雷引下线间距不能满足规范要求及屋面避雷带设置困难等一系列问题。大型站房建设中所涉及的建筑物防雷接地问题是关系到人员设备安全，保证车站全天候安全运行的重大问题。

以武汉站为例，武汉站主体钢结构最大跨距达116m，地面层主体结构南北向柱距最小为22m，最大为48m，大部分柱距为36m；东西向柱距平均为21.5m。如利用建筑物柱内钢筋作为引下线，则其间距不能满足《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）第二类防雷建筑物的标准。为满足该规范要求而增加引下线数量，则需额外增加多余的结构，影响建筑物流线及其美观。同时，武汉站屋面为金属屋面与非金属屋面间隔布置，按常规设计需在高于金属屋面的非金属屋面部分单独设置避雷针或避雷带，否则对建筑造型有较大破坏；地铁在站房地下层横向穿过，带来迷流问题。

1.4 大部分无电气火灾监控系统

根据公安部消防局提供的《中国火灾统计年鉴》数据显示：2008年电气火灾事故居全部火灾事故首位，且所占比重有上升趋势，由电气火灾造成的损失也尤为惨重。目前，我国尚没有关于电气防火专门的行政法规，而许多发达国家都制定了电气安全规范和电气法规。

近期修订出台的相关规范标准《高层民用建筑设计防火规范》（GB 50045-2005）和《建筑设计防火规范》（GB 50016-2006）具有相应的条文，规定了一些重要场所设置漏电火灾报警系统，从技术措施上预防和控制电气火灾事故发生。正在修订的标准对于电气火灾监控系统的工程应用要求正在逐步细化，如《火灾自动报警系统设计规范》。由于上述规范均为近期内修订出台，现有大型铁路客站多数执行旧版规范，大部分未安装电气火灾监控系统，无法对存在的电气安全隐患进行探测和预防。

2 大型铁路客站安全供电技术措施

2.1 供电方案

（1）外部电源选择。大型铁路客站外部电源采用两路独立电源，有条件时引入第三路独立电源。应急照明、消防水泵、喷淋泵、消防电梯、排烟风机、消防控制室等消防用电，以及通信、信号、信息、BAS、FAS控制中心等重要负荷配电均采用双电源末端切换。

（2）电源线路选择。至少一路电源线路按电缆线路设计，其截面一般按经济电流密度选择，主要按电压损失校核，同时需考虑客站及铁路周边负荷的发展预留，以及满足供电行业管理部门对末端用户电源线路的统一要求。

（3）备用电源选择。大型站房采用发电机组与蓄电池组相结合的备用电源方式，对相对集中的消防设备等负荷由发电机组提供备用电源，对相对分散的安全、应急照明采用经两路电源切换后的EPS供电，对通信、信号、信息等计算机设备则采用经两路电源切换后的UPS供电。

（4）备用电源容量。备用电源容量根据站房特别重要设备的负荷计算确定。为充分发挥柴油发电机组作为备用电源的优点，克服蓄电池组作为备用电源受电池工作时间限制的缺点，在具体的设计中，宜将EPS，UPS，供电回路接到柴油发电机组母线上。

2.2 电气火灾监控系统设置方案

根据不同站房的防火保护等级确定不同的设置方案。

一级保护对象（建筑高度超过50m或24m以上部分的任一楼层的建筑面积超过1000m2的站房及所有地下车站）设置电气火灾监控系统要求：照明总配电箱（地下车库除外）进线处应设置电气火灾探测器；站房内人员密集场所配电箱进线处应设置电气火灾探测器；站房内的地下商店（场）的配电箱进线处应设置电气火灾探测器。

二级保护对象（建筑高度不超过24m，设有空气调节系统的或每层建筑面积大于2000m2、但不超过3000m2的站房）设置电气火灾监控系统要求：照明总配电箱（地下车库除外）进线处宜设置电气火灾探测器；站房内人员密集场所配电箱进线处宜设置电气火灾探测器；站房内的地下商店（场）的配电箱进线处宜设置电气火灾探测器。

另外，电气火灾监控系统的报警信号应设在消防控制室或有人值班的场所，应仅作用于报警，并可自成系统；当并入火灾自动报警系统时，应采用独立显示器。选用的剩余电流探测器额定剩余报警电流，应不小于被保护电气线路和设备的正常运行时泄漏电流最大值的2倍，且不大于1000 mA。

2.3 防雷接地方案

分析计算：雷击车站架构时，雷电流分布给站内设备带来的影响；各楼层接触电势与跨步电势的大小，对人身设备安全的危害程度。针对各车站具体实际，建立客站接地模型，计算客站接地网的等效电阻、跨步电势、接触电势、地表电位分布，从而得出当地网上出现雷电流时，对站房带来的影响。根据上述分析计算，确定站房防雷接地措施是否满足要求。

对于客站中地铁站的杂散电流防治，可采取安装绝缘垫，使用绝缘扣件等减小杂散电流外泄的措施以及对杂散电流影响严重部位采取阴极保护的方法来进行综合治理。

站房跨度较大，使其电磁屏蔽效果减弱，因此，应采取隔离、钳位、均压、滤波、屏蔽、过压、过流保护、接地等措施，在入侵通道上将雷电过电压、电流泻放入地，以加强建筑内弱电设备的电磁保护。

以武汉站为例，说明防雷接地方案研究及确定的主要内容和方法。

（1）主要内容。结合不同车站建筑结构特点，根据相关防雷标准规定，大型站房利用结构钢筋作为防雷接地引下线时，跨度不满足规范要求，可能对屋面下的电气设备及地面人员的跨步电势与接触电势带来影响。影响程度如何，需要通过仿真计算得出结论。

对大型站房建筑屋面使用非金属材料，上方不安装接闪器或金属防雷网格的可行性进行研究，通过实验室的缩比例雷击放电试验，求取非金属屋面落雷密度分布和可接受的雷击次数，提出是否可行结论。

通过对大型站房综合地网的网格分布设计计算，提出满足跨步电势和接触电势的最低要求。重点研究当站房地网或直流地网上出现雷电流时对站房的影响。解决站房综合接地与地铁站接地系统配合等问题。

（2）主要研究方法。为分析雷击建筑物时，雷电流在建筑物上产生的接触电势、跨步电势及其内部电磁环境对弱电设备产生的影响，国内外主要采用电磁暂态计算和模拟实验两种方法进行研究，且主要研究直接雷击时建筑物内的暂态感应电流和磁场分布。

计算方面可采用电路法进行研究。将防雷保护系统按有损长线处理，按准静态原则进行分段，每段导体以耦合π型集总参数电路来等效，将整个防雷保护系统转化为仅含RLC元件的等效网络；根据基尔霍夫定律及支路特性建立电路方程；编制计算程序求解，得到建筑物钢筋构架上的电流分布，再根据电流分布求解空间电磁场。

3 灾害条件下的应对机制

3.1 外部电源停电情况

当两路外部电源均停电时，通过智能照明控制系统强启应急照明及疏散指示标志，由EPS供电。广播、售检票等客服设施及通信设备由UPS供电。

15 s内柴油发电机组自动启动，柴油发电机组启动后应急照明及疏散指示标志等转由柴油发电机组供电，通过BAS系统切除三级负荷及部分二级负荷，柴油发电机组的容量选择可保证部分扶梯等供电，确保车站在应急状态下的运营。

运营管理单位需建立燃油储备及运输管理办法，以确保在较长时间停电状况下柴油发电机组用油能及时供应。

3.2 火灾情况

火灾时第一时间与铁路和地方消防部门、上级主管部门电话汇报，并通过应急广播通知、组织旅客有序疏散到安全地带。通过BAS系统联动切除非消防电源，通过智能照明控制系统强启应急照明及疏散指示标志，通过IBP盘紧急释放闸机及常闭防火门等。由消防联动控制系统启动消防泵组，并将公共区域广播强切到消防控制中心控制。

当两路外部电源均停电且同时发生火灾的极端情况下，柴油发电机组自动启动，且仅保证应急照明及疏散指示标志、消防泵、排烟风机、消防电梯等消防负荷用电。