地铁地下车站集中冷站供配电设计探讨

潘元欣

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 概述

广深地区某线因站间距较短、部分含有配线的车站具有可开发空间特点，利用车站多余空间角落等待重新回填可做蓄冷密度水池有利条件，环控专业研究认为分站供冷蓄冷水池相对较小，不利于提高蓄冷水池的容积效率，故在合理的供冷半径范围内采用集中水蓄冷方案可行。集中冷站采用大温差蓄冷和供冷系统，通过优化工艺运行方案，实现在低电价时期进行蓄冷，高电价时期尽量由蓄冷水池独立供冷，提供本站、两端相邻4个车站及区间市政配套空间的冷源，针对不同工况下的设备运行情况，笔者就地下车站集中冷站配电方案做以下讨论。

2 环控工艺简介

根据环控系统设计，集中冷站除设置蓄冷水池，还有冷水机组，以及相应的蓄冷泵、放冷泵、冷冻泵、冷却水泵、一次冷冻水泵、二次冷冻水泵及冷却塔等设备。由于采用集中供冷方式，各供冷分站的扬程阻力不同，全空调系统采用二次泵系统，一次冷冻泵主要是机房侧设备运行，基本采用定流量系统，二次冷冻泵用于末端侧设备运行，采用变流量变频系统。工艺根据不同季节、不同时段调节设备运行方案，不同工况下的设备开启台数及设备安装容量见表1。由表1可以看出，最大运行方式出现在100%工况下第1种情况，约为每年6～9月份，晚上3台冷水机组及辅机均开启，边蓄冷边供冷，使主机始终保持高效运行，实现最大供冷量;集中冷站的最小运行方式出现在每年1～2月份，约为25%工况，蓄冷水池独立供冷;除满足最大、最小运行方式外，工艺还要求事故情况下蓄冷池及主机联合供冷，1台冷水机组开启，蓄冷池提供最大供冷量通过释冷泵和板式换热器实现。

3 集中冷站供配电设计

3.1 负荷分级

根据《地铁设计规范》(GB50157—2003)14.5.1条第3款相关规定，在地下标准车站设计中冷水机组及辅机通常按三级负荷考虑，事故情况予以切除。由于地铁车站属人员集中的重要公共场所，且与该站相邻车站为人员密集的换乘站，区间市政配套空间冷源也由该冷站提供，若集中冷站设备中断供电将会造成地下车站特别是换乘站的秩序混乱，根据《供配电系统设计规范》(GB50052—2009)3.0.1条第3款，该站的集中冷站设备按二级负荷考虑。

3.2 配电方式选择

集中冷站作为二级负荷，冷水机组单台设备容量较大且运行工况具有较明显的季节性变化特点，根据车站建筑条件，分别设置车站集中冷站专用跟随所和环控电控室，跟随所内设置2台变压器，由车站两路高压回路分别供电，跟随所低压系统采用单母线分段运行。正常情况下，2台变压器同时运行，母线分段断路器断开，当一台变压器故障或停电时，切除2台冷水机组及其连锁设备，母线分段断路器投入，由另一台变压器向一台冷水机组及其连锁设备供电，冷水机组由跟随所低压配电柜单路放射式供电。集中冷站各配套辅机与相应的冷水机组都是作为一个完整的工艺系统需协调运行，冷冻机组成套设备自带控制单元，在不同工艺运行模式下调整辅机的数量，以蓄冷池、主机联合供冷工况为例，开机顺序:冷却泵→冷却塔风机→模式蝶阀→释冷泵→一次冷冻泵→二次冷冻泵→冷水机组，停机顺序与开机顺序完全相反，可以看出冷水机组启动前的任何一个辅机环节出现问题，冷水机组将无法正常工作，因此辅机设备的配电亦按二级负荷考虑。与冷水机组供电方式不同，辅机由集中冷站环控电控室电控柜配电，增加了环控室配电级数，因此在环控室设置了3段二级母线段，由跟随所两段低压母线分别引入主、备用电源，母线段的电源进线开关自动切换后单回路引至辅机设备。各母线段负荷分配情况见表2，其中第Ⅲ段二级母线配电是按故障情况下的一台冷水机组及辅机运行要求并且做到各级开关的投切次数最少设计。如果第Ⅲ段二级母线出现故障或由该母线配电的某一辅机出现故障，冷水机组的控制单元可按预先设定的工作模式调整为1号或2号冷水机组及其他2段母线所对应的辅机运行;如果2号变压器出现故障可通过跟随所母线分段断路器合闸调整到1号变压器供电。跟随所及环控电控室低压配电主接线系统如图1所示。

3.3 负荷计算

根据表1设备运行工况，分别以100%工况下第1种情况、75%工况下的第4种运行方式及25%工况下的第2种运行方式分别进行负荷计算，据此进一步讨论供电电源正常和事故情况下供配电方案。集中冷站环控室不同工艺情况下集中冷站电控室各段二级母线负荷分配情况见表2。

表2 集中冷站环控室二级负荷母线负荷分配

正常情况下跟随所变压器负荷计算见表3，事故情况下跟随所变压器负荷计算见表4。

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表4 事故情况下跟随所单台变压器负荷计算

通过以上负荷计算可以看出，由于冷水机组共3台且单台设备容量较大，特别是集中冷站采用专用变压器供电方案，2台变压器负荷不易分配平衡，设计时既要考虑正常情况下2台变压器负荷分配情况，还要兼顾事故情况下工艺调整为1台冷水机组及辅机运行工艺要求，尽量减少各级开关的投切次数，实现所有设备累计运行时间大致相同，根据季节变化调整冷水机组及辅机的运行模式，积累合理的工艺调整方案做到经济运行。

4 结语

在车站集中冷站供配电系统设计中，除了对设备负荷等级做出正确分级，还应尽量详尽了解设备工艺运行情况，需要对正常工作时可调节负荷的控制方案及效果做出较为合理判断，变压器的选择及计算既要按用电设备的工作需要进行，又有要考虑到运营后应实现“平峰填谷”的节能效果，同时对于集中冷站这类季节性特征明显的负荷，利用系统调节能力，采用不同的供配电方案，通过定时、定量控制提高电力使用效能，在供电系统出现故障、一路电源缺失或2台变压器中的一台出现故障必须保证二级负荷供电，使可调节负荷在满足工艺要求下低功率运行，在正常情况下利用边界参数计算保证设备的高负荷全运行，实现变压器最高效率。

[1]GB50157—2003，地铁设计规范[S].

[2]GB50054—1995 低压配电设计规范[S].

[3]GB50054—1993 通用用电设备配电设计规范[S].

[4]JGJ16—2008 民用建筑电气设计规范[S].

[5]住房和城乡建设部质量安全监司，中国建筑标准设计研究院.2009JSCS—5 全国民用建筑工程设计技术措施－电气[Z].北京:2009.

[6]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].北京:中国电力出版社，2005.

[7]《钢铁企业电力设计手册》编委会.钢铁企业电力设计手册[M].北京:冶金工业出版社，1996.