南京南站及相关工程电气系统设计

陈建平

(中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉 430063)

1 概述

南京南站及相关工程主要由南京南站房、动车组运用所、配套市政工程等组成。其中，南京南站总规模达66.7万m2，其中主站房28.1万m2，无站台柱雨棚10.6万m2，站房总设计规模28台28线。南京南站及相关工程用电设备众多，供电容量大，技术复杂，设计上既要满足铁路设计标准，又要满足国标、地方及其他行业相关标准，需针对不同的运营需求和行业特点，综合制定相应的技术方案，以满足不同行业需求和整体设计方案的融合和统一。

2 主变电站设计

由于南京南地区汇聚了京沪高速铁路、沪汉蓉铁路、宁杭客运专线和宁安客运专线、宁芜货线改造工程引入南京枢纽、南京南动车运用所和南京南站站房工程项目等多个铁路新建项目，装机容量约50 000 kVA，远超一个10 kV配电所的转供容量[1-2]，为此建有3座10 kV配电所：南京南站站房设有2座10 kV配电所，为站房10座双电源10/0.4 kV变电所及1座单电源10/0.4 kV变电所供电，变压器装机容量为36 880 kVA；动车运用所设有1座10 kV配电所，为动车运用所内3座双电源10/0.4 kV室内变电所及2座单电源10/0.4 kV变电所等负荷供电，变压器装机容量为10 330 kVA；宁芜货线工程变压器装机容量约2 000 kVA。设计中主要进行了以下方案比较。

方案1，以上3座10 kV配电所各从南京南地方变电站各接引两路10 kV专盘专线电源，该方案主要特点是：由于电源工程线路穿过市区，按每个所2×5 km电源电缆线路、120万元km/计算，仅电源线路投资将达3 600万元，由于馈出回路多、装机容量大，该地区220/10 kV变电站难以提供6路10 kV专盘专线电源及相应容量。

方案2，利用南京南220/27.5 kV牵引变电所外部电源， 与该所同址合建1座双电源220/10 kV变电站， 变压器容量为2×25 000 kVA，由此变电站分别为以上3座10 kV配电所提供电源，变电站投资约1 600万元，由该所分别配电所10 kV电源线路投资约500万元。

方案2与方案1相比节约工程投资约1 500万元，同时，由于与牵引变电所共用220 kV外部电源，供电可靠性也高于方案1[3]，在电能质量方面，方案2存在牵引变电所两供电臂不平衡的状态下，10 kV电力供电系统侧的电压不平衡度问题[4]，经计算U1/U2约为0.05%，满足《电能质量 供电电压偏差》(GB/T12325—2008)“正常电压不平衡度为2%”的规定。同时，南京南地区具有综合交通枢纽性质，后期还会有其他铁路工程相继建设，因此，本设计采用方案2，与牵引变电所共用220 kV外部电源方案，建设铁路电力主变电站，对南京南地区铁路变配电所进行供电。

3 南京南站应急电源方案

南京南站属于特大型高速客运站，除南京南站站房内新建2座10 kV配电所，为保证站房消防、应急照明等重要负荷的供电，站房供电必须增设应急电源[5]。运行经验表明，电力系统电气故障无法限制在某个范围内部[6]，即使从电力系统接引三路外部电源站房也存在同时停电可能，结合本站特别重要的一级负荷较大特点，因此，本工程应急电源采用了柴油发电机组方案。考虑到站房面积大、供电距离远、环保要求等因素[7]，在距站房500 m外新建1座2×2 000 kVA的10 kV高压柴油发电机组，作为整个站房的综合应急电源。此外，为满足应急照明启动时间要求，还设有EPS电源装置为应急照明负荷供电。10 kV高压柴油发电机组运行控制特点如下。

(1)运行方式：2台柴油发电机组采用并列运行方式，采用在两机应急启动时先完成空载并列，然后再投入负荷。

(2)自动控制功能：在收到站房任意一座或2座10 kV配电所发出的柴发启动信号后，10 kV高压柴油发电机组空载立即启动，并在15 s内完成全部启动过程。在收到远程停机信号后经1～10 min(可调)延时空载运行后自动停机，在收到远程紧急停机信号后应立即停机。2台柴油发电机组可实现并列运行供电方式，也可实现2台机组独立运行，实现与配电所的一对一供电方式。柴油发电开闭所断路器的分、合闸由柴发机组的并联控制柜控制实现，保护由开闭所微机综合自动化系统实现。

(3)柴发自动同步功能：要求一台发电机组与另一台发电机组相位为参考，将指定发电机组的相位在5 s内稳定控制在±5°的范围内，并保持至同期合闸完成。

4 配套工程20 kV供电系统设计

南京南站配套市政工程设计范围包括：南北高架桥落客平台、地面层车场、地下一层车场及游客接待中心、南京南站房地下一层机房与地铁围合区域的商业开发。变压器装机容量约14 900 kVA。由于该工程属于配套市政工程，不能与铁路电力工程共用变配电所及外部电源，由于附近无满足要求的10 kV电源，且20 kV供电系统在国内有成功应用的先例[8-10]，20 kV与10 kV相比，变配电设备投资增加约10%～20%，占地面积基本相同，但供电能力和供电范围大大提高，20 kV系统供电容量是10 kV的2倍，供电半径是10 kV的2～4倍，因此，本工程在地下一层西侧商业开发区内设置1座20 kV配电所，由地方220/20 kV变电站接引两路20 kV电源。

配电所规模为二进十二出，分别为南京南市政配套工程的所有6座20/0.4 kV变电所提供电源，20 kV主接线采用单母线断路器分段运行方式，正常运行时，两路20 kV电源同时运行，母联开关断开，当一路电源失电，母联开关自动投入，由另一路电源对全所重要负荷供电。20 kV配电所高压开关柜采用SF6气体绝缘型，采用微机综合自动化保护装置。

5 调度自动化系统设计

为便于管理，南京南站站房所有10 kV配电所、10/0.4 kV变电所和10 kV高压柴油发电所高低压电气设备均纳入上海铁路局电调台SCADA系统统一调度，正常运行时由上海铁路局电调台进行远方监控，在南京南站房内设1个电力监控子站，作为上海铁路局电调台SCADA电力远动系统的备用监控站，平时只监视不控制，当SCADA电力远动系统故障无法在上海铁路局电调台实现监控时，可通过上海铁路局电调授权，电力监控子站可实现南京南站全部电力监控功能，确保南京南站电力供电系统正常运行。

站房10/0.4 kV低压变电所电力监控终端由电力远动通讯管理机、RTU设备、网络交换机、通讯接口设备等组成。为简化接线，节省空间及投资，电力远动监控系统采用面向单一电气间隔的微型RTU，每个微型RTU具备液晶显示功能，替代常规数显仪表功能，每个微型RTU应实现对本回路的各相电流电压有效值就地显示以及有功和无功功率、功率因数、电能量等就地显示功能。电力远动通讯管理机作为总控装置，通过通讯网络负责向下与各微型RTU设备进行信息交互，向上与远动主站系统进行信息交互。RTU主要功能如下：提供7路交流量、2路遥控和6路遥信，并配置液晶显示器，替代多功能表实现全电量就地显示；提供三级过流、两级过压以及欠压和失压功能，并可采集漏电流，实现间隔绝缘监视功能。上述保护功能动作精度高于2%，固有动作时间应小于20 ms；能提供分辨率2 ms的SOE事件、分辨率20 ms的实时遥测曲线、高密度故障录波数据；具备断线续传功能，在通信中断时就地保存SOE、遥测曲线和录波数据，并在通信恢复后自动上传。

6 机电设备与环境监控系统(BAS)设计

为满足设备和工艺控制要求，以方便运行管理和节能为目标，实现最大限度的优化控制、管理和节能，南京南站房设有机电设备与环境监控系统(BAS)。BAS监控对象为空调通风、电扶梯、给排水、站房变电所及公共区照明等子系统。其中，站房公共区照明和雨棚照明子系统采用智能照明控制系统对所有照明回路进行节能控制，按照客运需求和外部光环境，可根据需要自动控制照明系统的运行，既能更好的满足客运需要，实现了以人为本的人性化照明设计理念。BAS满足了工艺控制要求，节约能源15%～25%、降低运营成本、减少污染，实现绿色环保。

7 结语

铁路枢纽、段(所)等地区外部电源的设计应结合负荷近远期规模统筹考虑，当配电变压器装机容量近期达10～20 MVA以上，宜采用35 kV及以上电压等级的地区变配电所进行集中供电，并宜牵引变电所共用外部电源；20 kV配电系统与10 kV系统相比具有供电容量大、供电半径远的优势，可积极推广使用；特大型站房宜采用柴油发电机组作为应急电源；10/0.4 kV变电所采用微型RTU具有节省空间及投资、兼顾多功能仪表等优势；大型铁路建筑采用BAS既能满足设备和工艺控制要求，又能方便运行管理和节能。本工程于2011年相继投入运营，电气系统各项功能运营良好，保证了该地区铁路及配套工程电力系统生产、生活安全可靠供电。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50613—2010 城市配电网规划设计规范[S].北京：中国计划出版社，2011.

[2] 中华人民共和国铁道部.TB10008—2007 铁路电力设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2007.

[3] 孙建明,颜秋容.高速铁路10 kV电力系统RAMS定量评估研究[J].铁道工程学报，2008(10)：41-42.

[4] 张小瑜，吴俊勇.电气化铁路接入电力系统的电压等级问题[J].电网技术，2007，31(7):12-17.

[5] 中华人民共和国铁道部.TB10621—2009 高速铁路设计规范(试行)[S].北京：中国铁道出版社，2010.

[6] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50052—2009 供配电系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，2010.

[7] 孙建明,易东.柴油发电机带10 kV贯通线电缆线路运行可行性研究[J].铁道标准设计，2011(4)：101-103.

[8] 程莉.20 kV电压配电网经济性分析[J].江苏电机工程，2008，27(6):38-40.

[9] 汪超，吴国梁，葛夕武.20 kV配电系统的探索与实践[J].华东电力，2010，38(3)：381-383.

[10] 饶莹，郭炜，徐鑫乾.110/20 kV变电站电气一次部分设计[J].电力设备，2008，9(9):11-13.