地铁换乘车站变电所整合方案浅析

王世杰

0 引言

随着国内地铁建设的迅速发展，许多城市线网规划逐渐成型，换乘车站数量也随之增长。换乘车站同时兼顾多条线路的运营，具有管理部门不同、实施时间不同等特点，与非换乘车站有较大差异。

为便于工程实施的可行性、经济性、可靠性，满足运营维护的方便性和可操作性，需在换乘车站建设初期，对换乘车站的供电提出合理的方案，以避免工程重复建设和不必要的工程投资。因此，本文对换乘车站变电所供电方式进行研究，并提出实施建议。

1 地铁变电所的功能与设备构成

1.1 牵引变电所功能与设备构成

（1）牵引变电所功能。牵引变电所的功能主要是对主变电站引来的40.5 kV 交流电进行降压整流，使之变成1 500 V 的直流电，再将1 500 V 的直流电通过沿线架设的接触网不间断地供给运行中的列车，以保证列车的安全、可靠、快速运行，准时输送旅客。同时牵引变电所内设置的保护装置及开关柜等对系统运行进行保护，防止与减少系统故障，缩小系统故障范围，保护其他设备不因设备故障造成损害。

（2）牵引变电所设备构成。地铁牵引变电所的设备主要由40.5 kV 开关柜、整流变压器、整流 器、1 500 V 直流开关柜、排流柜、钢轨电位限制装置、变电所综合自动化系统等组成。

1.2 降压变电所功能与设备构成

（1）降压变电所功能。降压变电所的功能主要是将35 kV 交流电降压成380/220 V 的低压电，向车站和区间隧道的各种动力、照明和各系统设备供电，保证各种车站设备的正常运行，给乘客提供一个安全舒适的乘车环境。

（2）降压变电所设备构成。地铁降压变电所的设备主要由40.5 kV 开关柜、0.4 kV 开关柜、配电变压器、变电所综合自动化系统、钢轨电位限制装置等组成。

2 地铁换乘车站变电所整合方案分析

2.1 换乘车站变电所整合原则

（1）满足换乘线路、车站的牵引及动力照明用电要求。

（2）满足线路间独立运营和管理的要求，降低相互干扰及故障影响范围，运行方式简单、灵活。

（3）优化配置，提高电力、土地资源的利用率，降低建设成本及后期运营管理成本。

（4）如线路分期建成，预留必要的接口条件，减免后期改造费用及对先通线路运营的干扰，同时兼顾投资的经济性。

（5）便于运营管理，具备规划、指导后期工程建设及运营管理的条件，提高整个线网系统配置的整体性和合理性。

2.2 换乘车站牵引变电所整合方案分析

牵引变电所合建是指在换乘车站，该工程牵引变电所与其他线路牵引变电所合建成一座牵引变电所，采用相对较大的整流机组，预留直流馈线的方式，同时向不同线路供电。

不同线路的轨道绝缘不同，考虑到杂散电流防护等因素，根据《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》（CJJ 49-92）中第4.1.4 条规定，不得从一个牵引变电所向不同的地铁线路实行牵引供电。

在换乘车站中，与其他线路合建牵引变电所，还存在以下不利因素：

（1）对于非同期建设的换乘车站，在进行先期工程建设时，无法确定后期建设的线路在该车站是否设置牵引变电所。后期建设的线路在哪座车站设置牵引变电所，需要根据其特定的线路、运营以及车辆等工程特点确定。若在先期工程牵引变电所预留向后期工程供电的条件，则需要采用较大的整流机组容量，同时预留直流开关柜柜位。而后期工程若不在该车站设置牵引变电所将使该预留成为工程投资的浪费。

（2）对于不同线路同期建设换乘车站，其先期开通的工程牵引变电所会靠近先期工程线路，以节省直流电缆投资，那样距离后期开通工程线路上网点会比较远。若采用牵引变电所合建方式，则需要将大量的直流电缆敷设至后期开通工程线路，以4 回上网电缆（上网电缆每回以4 根计）及2 回负回流电缆（回流电缆每回以6 根计）为例，每百米电缆的投资至少在85 万元，而换乘车站上网电缆的敷设长度可达150 m，甚至将近200 m。敷设如此之多的电缆至后期开通工程线路侧，对于土建配合以及敷设通道的要求都大大提高。另一方面，牵引系统采用直流1 500 V 供电，无论上网电缆还是回流电缆，在正常运行时，每回电缆中均有大电流流过，因此，长距离供电也不符合节能的要求。

2.3 换乘车站降压变电所整合方案分析

换乘车站降压变电所整合是指与其他线路降压变电所合建，提供跟随所供电条件，主要是车站动力照明负荷的整合。

（1）换乘车站降压变电所动力照明负荷分析。地铁车站的动力负荷主要包括：通信、信号、所用电、自动售检票、照明、综合监控、屏蔽门、人防、扶梯、空调、维修等。换乘车站的负荷种类与一般地铁车站相同，但有很多方面存在不同，主要包括以下方面：

a.负荷数量更多。由于车站需要为多条线路服务，众多的系统需要为不同线路配置独立的设施；车站面积的增加，使得为乘客服务的设备相应增加。两线换乘车站的负荷数量约为一般车站的1.6倍。

b.负荷容量更大。大型车站的空调负荷、排水负荷、照明负荷都比一般车站大幅增加。容量的增加直接导致变压器容量的增加，变压器容量的增加又导致低压开关开断容量的增加，甚至变压器的容量要求超出变压器的制造能力。

c.负荷分布更广。车站面积扩大，供电距离加长，致使电压损失难于满足设备的运行要求，只能增大供电电缆的截面，造成投资的大幅增加，同时带来设计、施工、运营的困难。另外，长距离送电大幅提高电能的损失，不利于节能降造。

d.负荷管理更难。换乘车站分属不同线路，存在共用空间，也存在专用房间。对于共用空间，难于划界；对于专用房间，可能远离所属线路，由本线供电困难。

（2）换乘车站降压变电所的整合方案。根据车站的结构特点，结合负荷和房间的归属，换乘车站的供电方式有2 种选择：

a.分线路供电方式。在换乘车站内，根据负荷和房间归属的不同线路，分别设置本线的降压变电所，负责为本线的动力照明负荷供电。

b.区域供电方式。在换乘车站内，根据车站的结构特点，在车站不同的负荷集中区域设置降压变电所，负责为该区域内的动力照明负荷供电。

根据工程的可靠性、投资、工期、运营维护等方面的不同，对上述2 种供电方式进行对比，结果如表1所示。

3 其他需要注意的问题

（1）对于非同期建设换乘车站，建议由先建线为后建线的变电所预留接地网强电引出端子、设备房间、电缆通道等，以便于后建线施工时减少土建改造，降低建设成本。

表1 分线路供电方式与区域供电方式对比表

（2）由于跟随式降压变电所配电变压器与交流40.5 kV 馈线开关柜安装在不同地点（一般位于车站的两端），带来了配电变压器检修和维护时的安全问题。因此需要采取可靠措施，保证配电变压器的安全检修和维护。

（3）在同期建设换乘车站的降压变电所整合过程中，除需随时掌握车站的规模、负荷容量等资料外，还需结合不同线路的电力监控、电费计量、维护管理等具体要求进行设计。

4 结论

（1）无论换乘车站是同期建设还是非同期建设，与其他线路换乘的车站，均不宜采用牵引变电所合建方式。

（2）对于同期建设换乘车站的降压变电所宜合建，分线路供电方式与区域供电方式可靠性相同，但区域供电方式的投资控制和工期控制较好，且节能效果较好；对于非同期建设换乘车站的降压变电所，因后期建设的车站规模，车站负荷未确定，如果考虑降压变电所与多条线换乘车站合建，可能造成后期建设的车站供电负荷不能满足要求，因此不宜合建。

[1]GB50157-2003 地铁设计规范[S].

[2]CJJ 49-92 地铁杂散电流腐蚀防护设计规程[S].