城市轨道交通换乘站变电所的布置方案

2014-03-17魏海洋

城市轨道交通研究 2014年6期

魏海洋杨庆

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，300251，天津∥第一作者，高级工程师)

随着城市轨道交通网络化的快速发展，换乘站越来越多。换乘站按土建模式一般分为垂直交叉、平行交织、通道联络等多种方式，具体可分为站厅站台十字垂直换乘、站厅共享站台分设换乘、站厅站台分设通道换乘、混合换乘等基本型式。随着各种类型换乘车站的逐步建成，如何对换乘车站变电所进行合理的设计，使其既能满足供电功能的要求，又能技术经济合理且运营灵活方便，已成为城市轨道交通建设值得研究解决的重要课题。

1 换乘站变电所布置方案

为了方案研究的通用性和代表性，笔者结合沈阳地铁工程1号线、2号线青年大街十字换乘站为例，对变电所的布置方式进行分析研究。

青年大街站为沈阳地铁1、2号线上侧下岛式两层十字垂直换乘车站，通过换乘通道及站台楼梯换乘。1号线本站为双层岛式车站，地下一层为站厅层，地下二层为站台层;2号线本站为双层侧式车站，地下一层为站台层，地下二层为1、2号线合用的设备层。青年大街站地下平面布置如图1和图2所示。

图2 青年大街站地下二层平面图

根据青年大街站建筑平面特点，结合青年大街站1、2号线土建一次性建成，2条线运营相差1年等因素，经综合分析研究，共有3种变电所的布置方案可供选择。

1.1 合并式布置方案

该方案将青年大街站1、2号线的变电所完全合建在一起。所有的变电所设备，如高压柜、变压器、低压柜、交直流屏及信号屏等都共用一套，即高低压设备全集成共享。由1个变电所为1、2号线2座车站全范围进行供电。变电所具体的布置方式如图3所示。

合并式布置方案有以下优点:

1)经济性好——高压柜共7台(2台进线、2台出线、2台馈线、1台母联)，变压器共2台(2×2500 kVA)，低压柜共41台，交直流屏及信号屏各1套。设备投资共计600万元。

2)占地面积小——整个车站的供电设备集中设置在一处，设备房屋布置简洁;由于设备数量最少，房屋面积只有480 m2，可降低土建造价，设计时房屋的布置配合也比较容易。

图3 合并式变电所布置方案

3)运营检修方便——1个变电所1套设备，可以安排1组检维修人员进行日常的设备维护。

但合并式布置也存在一定的劣势:

1)由于1个变电所的低压柜数量较多，出现故障的机率也就大幅增加，较大程度上降低了变电所本身供电的可靠性。

2)换乘站实际上是2条线的2座车站，但本方案35 kV高压进线电源只来自于1号线主变电所，如果高压进线和高低压电气设备出现故障，两站没有相互备用机制，则事故波及面大。

3)由于换乘站一般是客流聚集的车站，若有电气故障发生，影响乘客数量多。

4)控制中心的电力监控和数据采集(PSCADA)只能监测到1座车站的数据，若2条线分属2个不同的运营公司，则电力调度不方便。

1.2 分设式布置方案

该方案将本站1、2号线的变电所完全分设。所有的变电所设备，如高压柜、变压器、低压柜、交直流屏及信号屏都各用1套，即高低压设备皆不共享。2个变电所为各自范围内的2座车站进行供电。变电所具体的布置方式如图4所示。

图4 分设式变电所布置方案

分设式布置方案有以下优点:

1)可靠性高——由于换乘站2个变电所的35 kV高压进线共有4路电源，同时发生故障的概率可以忽略。当其中1座车站35 kV高压进线电源出现问题或高低压电气设备出现故障需要断电检修，另1座车站变电所就可以对其支援，这样事故的波及面不会太大，不至于引起乘客恐慌。

2)电力调度灵活方便——控制中心的PSCADA对两站变电所数据分别进行监控，这对运营公司来说，电力调度不受技术制约而十分灵活方便。

但分设式布置方案也存在一定的劣势:

1)经济性差——高压柜共14台(4台进线、4台出线、4台馈线、2台母联)，变压器共4台(2×1600 kVA+2×1000 kVA)，低压柜共46台，交直流屏及信号屏各2套。设备投资共计860万元。

2)占地面积最大——2座车站的供电设备分别设置，由于设备数量多，2个变电所房屋面积共需要630 m2，增加了土建造价。2个变电所房屋都比较大，设计时房屋的布置配合也比较困难。

1.3 跟随式布置方案

该方案将本站1、2号线的变电所部分合建在一起，除高压柜共用外，其他变电所设备，如变压器、低压柜、交直流屏及信号屏等都共用1套。即高压设备集成共享，低压设备不共享。2个变电所为各自范围内的2座车站进行供电。其变电所具体的布置方式如图5所示。

跟随式布置方案兼顾了合并式与分设式的特点:

1)经济性较好——高压柜共13台(2台进线、2台出线、4台馈线、1台母联、4台隔离提升)，变压器共4台(2×1600 kVA+2×1000 kVA)，低压柜共46台，交直流屏及信号屏各2套。设备投资共计750万元。

2)占地面积较小——2座车站的供电设备分别设置，由于减少了3台高压柜，2个变电所房屋面积共需要590 m2。

图5 跟随式变电所布置方案

3)可靠性较高——一般高压进线电源和高压柜设备的故障率比较低，当其中1座车站变压器及低压柜出现故障需要断电检修，另1座车站变电所不受影响，可以正常供电，这样事故的波及面不会太大，不至于引起乘客恐慌。

4)电力调度较方便——控制中心的PSCADA对2站变电所高压数据共享，对低压数据分别监控，这对运营公司来说，进行电力调度比较方便。

2 综合分析

综上所述，在城市轨道交通换乘站的变电所布置中，一般可采用合并式、分设式、跟随式等3种变电所布置方案。其综合性能见表1。从表1可知，这3种变电所的布置方式都能满足换乘站对供电的功能要求。从专业技术角度而言，合并式经济性好，分设式运营灵活，跟随式性价比最高，故各具特点和优势。

表1 换乘站变电所布置方案性能比较表

通过笔者对换乘站的分析研究，对于平行换乘的车站，由于2座车站形同1座大型车站而联系紧密，建议优先采用合并式变电所方案，其电气设备少、占地规模小、经济效益较优;对于十字垂直换乘的换乘站，由于2座车站联系比较紧密可以优先采用跟随式变电所方案，以尽量减少设备和占地规模，同时兼顾了运营的灵活性;对于通过通道换乘的换乘站，由于2座车站只是物理上的联通，功能联系比较少，建议选择分设式变电所方案。本文中的青年大街十字式换乘站变电所布置方案在最终实施时采用的是跟随式变电所方案。