铁路站房供配电设计

李俊民 / 陈双燕（中国建筑设计研究院，北京 100044）

1 铁路站房的特点

铁路站房的特点是人流密集、工艺设备重要、空间高大、配套商业面积大、广告多，在站房供配电设计中必须充分考虑以上因素。不仅要为站房提供安全可靠的供电系统，而且要为站房提供一个灵活经营和节能增效的空间环境。人员密集和工艺设备供电要求高决定了站房的供配电系统要有高可靠性；空间高大决定了节能设计在站房配电中的重要地位；配套商业多、广告多，要求配电系统灵活可变。本文将针对站房的以上特点，简要介绍站房供配电系统的设计如何实现供电的可靠性、灵活性，以及节能控制等方面采取的措施。

1.1 人员密集

人员密集是站房的最重要特点，为此，规范中特别用人员密集程度来判定站房的规模，对客货共线的站房规定：最高聚集人数H≥10000人为特大型，3000≤H<10000为大 型，600

1.2 工艺设备的重要性

主要包括信号系统、通信系统的设备和机房。信号系统包括运输调度指挥管理信息系统、综合调度系统、信号机械室等；通信系统包括售票系统、行包系统、客运总控室、客运主机房、综合显示系统主机房、广播机械室、楼层配线间等，其供电均属于一级负荷或一级负荷中特别重要负荷。

1.3 空间高大

进站大厅、出站大厅、候车厅、站台、行包房等一般为高大空间。其照明、空调、管线敷设、消防报警等系统都不同于普通空间。照明一般采用金卤灯，但其应急照明需要采用瞬间点亮的卤素灯；因为高大空间的空调负荷大，采用适当的空调节能措施非常必要；管线敷设难度较大，除空间下层的管线敷设外，空间上方常常需要布置必要的马道，沿马道敷设电缆桥架；消防报警需结合消防灭火措施，辅以双波段探测系统、光截面探测系统、红外对射系统或极早期空气采样探测系统等。

1.4 配套商业面积大

站房设计中配套商业的供电比较复杂，尤其设计前期，功能定位、招商、经营模式均未确定，设计很难把握。为解决供电系统的可变性和使用要求的灵活性，供商业用的变压器宜单独设置，并预留适当的发展空间，便于扩容。

1.5 广告多

广告经营是车站日后运营的重要组成部分，在车站广场、进出站大厅、进出站通道、候车厅、站台等场所均有可能设置大量的广告灯箱，在这些场所应该预留供广告用的电量，最好有专用配电箱。由于经营模式未定，宜在配电箱内预留电能计量装置或预留空间。

2 供电电源

2.1 铁路站场的供电

铁路站场包括工务段、信号综合楼、邮政行包房、行车公寓以及站房、站台等建筑群，一般在站场内设置一座双电源10kV配电所，为整个站场供电。其中站房用电负荷大，宜从10kV配电所采用10kV专线供电 ，站场内其他用房的负荷相对较小，一般采用10kV环形供电。

2.2 应急电源供电

尽管供电部门管理很严格，电网设施很先进，但断电故障也在所难免。作为大型或特大型的车站，一般都是集铁路、城市公交、地铁、出租车、社会车辆、旅游车及长途车等多种交通方式为一体的客、货运枢纽，建筑面积大、人员密集，应该考虑设置应急电源。应急电源可以是柴油发电机组，也可以是第三路高压电源。由应急电源供电的负荷包括：与行车密切相关的通信系统、综合调度系统、防灾报警控制系统、应急照明系统以及旅客站房、站台、地道等重要场合的部分照明负荷等。

3 供电方案

高低压供电方案应根据站房的规模以及用电可靠性确定，一般采用以下三种供电形式。

3.1 两路高压、一路应急柴油发电机组

平时由两路高压电源供电，当两路高压失电后，由应急柴油发电机组供电。还需要考虑到柴油发动机启动时间需要至少15s的因素，为保证重要负荷的可靠和连续性供电，需要考虑采用与集中柴油发电机组相配合的分散设置的UPS、EPS应急电源方案。计算机系统、通信系统及客运控制系统采用UPS作为应急电源，应急照明等采用EPS作为备用电源，供电系统示意图见图1。

图1 两路高压，一路应急柴油发电机组一次图

3.2 三路高压（两路主用、一路备用）

如果用电负荷较大，两路高压（1#、2#）不能满足容量要求，可考虑由第三座区域降压站引来第三路高压（3#）。平时由两路高压供电，当其中一路高压故障时，第三路高压投入。一组变压器的两路高压分别引自1#、2#高压母线，客观上也满足了重要负荷三路电源的需求。当然，对于特别重要负荷而言，还需配备UPS或EPS不间断电源，以保证供电的可靠性，供电示意图见图2。三路高压供电的可靠性较难保证，因第三路很可能与前两路中的一路来自同一区域降压站，所以必须明确第三路高压来自其他区域降压站。

图2 三路高压（两路主用，一路备用）一次图

3.3 三路高压（两路主用，一路应急电源专用）

如果用电负荷不大，两路电源能满足用电负荷的需求，有条件时可由地方电源引来一路高压电源专供重要负荷使用。这种方案是设置一台专用变压器，供与行车密切相关的通信、综合调度系统、防灾报警控制系统、应急照明系统及旅客站房、站台、地道等重要场合的部分重要负荷，供电系统示意图见图3。

图3 三路高压（两路主用，一路应急电源专用）一次图

4 变压器的设置

4.1 站房用电负荷分类

4.1.1站房基本运行负荷

（1）照明：站房照明、站台照明、广场照明、地下通道照明、景观照明、立面照明及应急疏散照明；

（2）空调负荷：制冷机组、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔、末端空调机组、分体空调机组及多联机组等；

（3）动力负荷：普通进、排风机、水泵、锅炉房、热力站、电梯及扶梯、消防风机、消防水泵等；

（4）信号系统：与行车密切相关的通信、综合调度系统及信号机械室；

（5）通信系统：售票系统、行包系统、客运总控室、客运主机房、综合显示系统主机房、广播机械室、楼层配线间、动态标识、静态标识及通信设备；

（6）安全系统：视频监控、门禁、防盗报警及防灾通风设备。

4.1.2商业用电负荷

中、西餐厅及厨房；快餐厅、小卖部、信报亭；商业广告。

4.2 变压器设置

站房用电负荷基本分为三类。一类是常用的固定负荷，包括照明、动力、信号、通信和安全等负荷。这类负荷常年运行，相对固定，便于掌握。如果用电负荷不是太小，可以将这类负荷用两台变压器供电。由于这些负荷相对重要，一、二级负荷较多，变压器选择相对小一些的负荷率，可控制在70%左右；另一类是季节性的空调负荷，基本在夏季使用，用电量较大，可以将这类负荷用一组变压器或一台变压器供电。这类负荷的重要性相对较低，变压器负荷率可设计在85%左右；还有一类是商业负荷，这类负荷变动较大，往往初期投入负荷不大。随着发展，商业气息逐渐浓厚，用电负荷将逐渐增大。因此，将这类负荷宜单独设置，并预留一定的发展空间，变压器负荷率控制在80%左右。

5 低压配电系统

站房主要由进出站大厅、进出站通廊、售票大厅、普通候车厅（室）、VIP候车厅、贵宾室、行包房、邮政行包房、商业、餐饮、站台、通信机械室、客运总控室、广播机房、网络机房、信号机械室、信号值班室、站内办公、派出所以及地下停车库等场所组成。各场所对电源的要求不同，应区别对待，主要场所的配电系统阐述如下：

5.1 通信系统

通信系统包括通信机械室、客运总控室、信息配线机房、广播机械室、网络机房、售票室、行包机房及公安监控机房等。这些场所属一级负荷，需两路电源供电。可在售票机房电源室、客运电源室、信息配线机房、行包房及公安监控室分别设置双电源切换柜，分别由变配电室引两路电源。其中一路电源由柴油发电机组或第三路市电作后备电源，就地设置UPS不间断电源。末端静态标识、动态标识及自动售票机，可由各自机房统一供电。表1是某6万m2站房的通信系统机房配置及用电量统计表，供参考。

表1 某站房通信用房面积及用电量表

5.2 信号系统

一般站场规模较大时，单独设置信号楼；规模较小时，在站内设置。包括信号机械室、信号值班室、信号工区及微机检测中心等，总电量150kW左右。这些场所属一级负荷，两路电源供电。在信号电源室及微机检测中心分别设置双电源切换柜，分别由变配电室引两路电源。其中一路电源由柴油发电机组或第三路市电作后备电源，就地设置UPS不间断电源。

5.3 人员密集的高大空间

人员密集的高大空间包括进出站大厅、候车厅及站台等。这些场所人员密集，不仅需要考虑火灾时的应急疏散照明，还应该考虑平时的电源故障，可以设置由两个电源分别供电的两个照明配电箱。其电源分别由不同变压器母线引来，各支路由两个配电箱间隔或“梳状”供电，各负担50%的普通照明。

5.4 贵宾室

贵宾室包括贵宾门厅、贵宾室、贵宾休息、卫生间及服务间，采用专线双路电源。其中一路电源有条件时由柴油发电机组或第三市电作后备电源；无条件时，可就地配备EPS电源。

5.5 商业

商业用电不定因素较大，应尽量落实商业的用途，中餐厅、西餐厅、快餐厅（麦当劳、肯德基、匹萨、中式快餐等）、零售商业、咖啡厅、茶座等的用电量相差很大，在没有确定用途的情况下应按150～200W/m2估算，待确定用途后，厨房用电量可参照表2预留。

表2 各类厨房用电指标参考表

5.6 广告

站房人流量大，广告是一个很好的招商渠道，主要设置在人流量较大的场所，包括：站前广场、进出站大厅、进出站通廊及候车室等场所。为便于经营，广告照明用电最好单独供电，每个区域单独设置配电箱，主电源单独计量，并预留出线回路的计量。广告照明一般采用荧光灯，可按灯箱面积估算电量，一般按100～150 W/ m2。

6 大空间的绿色节能配电设计

6.1 照明配电

进站大厅、出站大厅、候车厅等场所一般为高大空间，照明配电箱除在地面层按支路供电半径40m左右设置外，上空也可能设置照明配电箱，照明配电箱安装在上空检修马道上。照明配电要密切配合灯光设计单位。回路的划分很重要，按一般照明（上空设金卤灯）、阅读照明（候车区设落地灯）、局部照明（设投射灯、壁灯）、应急照明（局部相对低矮空间设筒灯、壁灯）及广告照明等划分。一般照明可由两个配电箱提供电源，照度要有多个梯度（1/8、1/4、1/2）满足多种场景的照度及节能需要。

6.2 空调、水泵配电

这些高大空间为了视觉需要基本都是玻璃幕墙，甚至部分还是玻璃采光顶。空调负荷大，对其末端空调机组，甚至前端冷冻机房空调水泵的配电，采用适当的空调节能措施非常必要。空调智能节电控制已在多个站房工程中运用，效果不错。

智能化节电装置主要由断路器、高效滤波器、功率因数补偿器、交流接触器、编程器、传感器、PLC、智能电压调整器等电气元器件组成，主要应用于组合式空调系统，在频率（50Hz）不变的条件下，节电率可达20%以上。

智能化节电装置的主电路配置，主要由节电部分和旁路部分组成。当节电部分出现故障时，通过交流接触器的机械互锁自动换接到旁路部分，使组合式空调器保持连续正常运行。智能化节电装置配置PLC手编程控制器和RS485通信接口，可以方便地与用户BAS系统连接，使整个机房的空调器实现远程控制。也可在智能化节电装置上实现就地控制。智能化节电装置也可与FA消防联动控制系统连锁运行。一旦发生火警，组合式空调立即停止运行。智能化节电装置采用先进的工控机和触摸屏组成的人机界面，通过简单的编程设计，灵活方便的操作，可以实时跟踪设备电机的负荷变化，及时调整设备在运行过程中的各种参数（如：空调风机的风阀、水阀的开度等）。

图4 空调带旁路的节电控制主回路图

6.3 空调水泵的控制

水泵节电装置接收来自上位机开机信号，同时节电装置反馈必要的运行、故障信号。水泵的控制采用自动变频控制。冷却水循环系统进水与出水之间存在水温差，温差越大说明冷却器需要交换的热量越多，相反温差越小说明冷却器需要交换的热量越少。因此，通过安装温度传感器，采集冷却水进、出水温度，根据温差△T控制电机转速，可调节冷却水流量。冷冻水循环系统的工作类似冷却系统。冷冻水的回水温度和出水温度之差说明了冷冻水从用户端带走热量的大小，所以通过温差做出冷量需求的判断，利用温差控制冷冻水流量，实现节能控制。

6.4 空调风机的控制

首先分别在回风口、送风口、循环进水口及室外安装温度传感器。将室外温度和循环水温作比较，当△T大于制冷设定值时，判定为制冷模式，当△T小于制热设定值时，判定为制热模式，处于两者之间为通风模式。自控系统也可以根据不同的季节来判定三个模式，但以温度判定优先。确定好运行模式后，风机采用变频控制。

风阀控制方面，由节电装置接受来自上位机开机信号，先开风阀、水阀，再开空调风机；关闭时顺序相反。同时自动地判断模式，如果为制冷、制热模式时，系统通过送、回风口温差来判断，大于制冷设定值时为预冷工况，小于制热设定值时为预热工况。这时通过PLC发出关闭新风阀模拟量信号（4～20mA），同时打开回风阀、水阀，开启度100%。随着预冷、预热结束，温差逐渐减少，如果处于设定值范围内为空调运行工况，这时通过PLC打开新风阀，新风阀开度保证最小新风量10%左右。如果系统判断为通风模式时，PLC发出信号，打开新风阀，开度100%，关闭回风阀信号。当空调机组停机时，关闭所有阀门后，再停空调器风机。

图5 空调机组控制原理图

1)控制模式判断（制冷、通风、制热）

（1）通过设定日期判断模式

自控系统可以在触摸屏上设定制冷周期、制热周期：

（2）温差判断模式

室外温度T3－循环水温T2 = 温差△T℃，当△T℃大于制冷设定值判断为制冷模式；当△T℃小于制热设定值判断为制热模式；处于两者之间为通风模式：

图6 日期判断模式逻辑图

节能自控系统通过日期和温差2种判断模式，以日期为前提，温差为主导，使空调系统更能适应骤变的气温，大大地提高了节能空间。

2)送风量控制

制冷风量控制：回风温度>设定值时，风机满负荷100%输出；回风温度<设定值时，风机部分负荷70%～90%之间输出。

制热风量控制：回风温度<设定值时，风机满负荷100%输出；回风温度>设定值时，风机部分负荷90%～70%之间输出。

通风风量控制：回风温度>设定值时，风机部分负荷90%输出；回风温度<设定值时，风机部分负荷70%输出。

3)新风量控制

在回风管上安装一个CO2浓度检测仪，根据监测数据自控系统控制新风量开度。

(1）制冷新风量控制：当回风温度>设定值时，新风机关闭，新风阀关闭；当回风温度<设定值时，根据CO2浓度新风阀10%～20%之间输出，新风机运行。

(2）制热新风量控制：当回风温度<设定值时，新风机关闭，新风阀关闭；当回风温度>设定值时，根据CO2浓度新风阀15%～25%之间输出，新风机运行。

(3）通风新风量控制：新风阀全部打开，新风机运行。

4）水阀控制

图7 温差判断模式逻辑图

图8 送风量控制逻辑图

根据回风温度自控系统自动调节水阀开度，系统调节以变风量为主，变水量为辅的原则来调节水量。当送风机的控制量在70%～100%之间，水阀100%打开，属于定水量控制；当送风机的控制量小于70%时，为了保证送风量，风机还是以70%输出，这时系统通过调节水阀控制量0%～100%调节，由原来的定水量转为变水量调节。

6.5 节能装置与BAS接口说明

水泵、空调机组总控制由BAS、FAS和节能设备装置共同完成控制，节能设备通过MODBUS通讯协议与上位机实行通信功能。从上位机接受启、停信号和火警等信号，节能设备反馈上位机所必要的运行、故障、阀门开启度、温度等信号。

设备运行时如发生火灾，FAS首先给BAS一个火警信号，再由BAS给节能装置一个火警信号，节能装置响应后马上连锁停止风机、水阀、新风机、新风阀、回风机及回风阀等所有运行设备。

6.6 节能装置与动力柜连接

每个动力柜提供一个总开关，三相五线配电。不同电压等级的所有电动阀总电源均由节能控制柜提供，节能自控柜220V交流UPS电源，容量1kVA。

7 结语

站房的供配电设计方案与站房的规模很重要，在设计前应明确人员密集程度，明确定位。应充分了解站房工艺及其重要程度，为其配电提供必要依据。在可能的情况下，充分接触站房使用单位，了解其后续的商业经营模式，为适应商业招租提供灵活的保障。绿色节能是当前建筑设计的主旋律，电气设计专业如何在该领域发挥应尽的义务，是摆在我们每个电气工程师面前的一大重要课题。

[1] 中华人民共和国铁道部. GB50226163-2007铁路旅客车站建筑设计规范[S]. 北京：中国铁道出版社，2007.

[2] 中华人民共和国铁道部. TB10008- 2006铁路电力设计规范[S]. 北京：中国铁道出版社， 2006.