于家堡站交通枢纽主变配电所方案研究

杨 庆

(铁道第三勘察设计院集团有限公司， 天津 300251)

于家堡站交通枢纽主变配电所方案研究

杨 庆

(铁道第三勘察设计院集团有限公司， 天津 300251)

提出综合交通枢纽供配电系统设计的一个思路，通过对于家堡交通枢纽工程各子项的布局、规模、负荷性质、外部条件等情况进行综合分析，经多方案比较，研究确定铁路和市政工程变配电系统的总体方案和主要技术方案。以适宜的经济性为基础，达到最大限度地适应权属关系、满足建设和运营管理需要的目的。

交通枢纽；铁路站房；市政工程；主变配电所；接线形式

1 工程概况

天津于家堡站交通枢纽是集京津城际铁路、城市轨道交通(Z1、Z4、B2线于家堡站)及地下停车场等工程于一体的大型综合项目。枢纽主要包括六大功能分区：城际站房工程、轨道交通工程(地铁)、社会车停车场工程、出租车停车场工程、公交中心工程及枢纽控制中心工程。其核心工程——城际站房和城市轨道交通工程分为地上(共计1层)和地下(共计3层)两部分。其中城际站房建筑面积约8.6万m2，由国铁负责承担建设，最终运营管理由铁路部门统一负责。其他5个分区建筑面积约18.1万m2，由地方投资公司负责建设，除公交中心建成后移交给公交公司管理外，其他4个区域最终均交付给投资公司的运营部。各区域分布如图1所示。

图1 于家堡站交通枢纽分区示意

本交通枢纽在土建工程基础上，由供电、环控、给排水及消防、通信、综合监控等设备系统共同构成。其中的供电系统由主变配电所、中压供电网络、降压变电所、动力照明配电系统、电力监控(PSCADA)系统、防雷及综合接地等系统构成。由于本项目工程规模大，并且为多方建设和运营管理，所以主变配电所的布局设计方案、主接线形式及运行方式将直接影响到整个枢纽供电系统的可靠性、合理性和安全性，因此对主变配电所方案的研究是本工程需要特别关注的一个重要内容。

2 枢纽常用供电方式

枢纽的供电方式是一个综合性和系统性技术问题，应根据城市电网构成的不同特征(电压等级、电源点的分布及容量、电网管理等)进行方案比选确定。典型的供电方式一般有以下3种。

分散供电方式——不设主变电所，各降压变电所分别由城市电网就近引2路或3路相互独立的35 kV或10 kV电源供电。此种供电方式要求周边地区有足够的电源引入点及备用容量，且容易控制造价。该方式与城市电网接口多，管理不方便。

集中供电方式——枢纽供电系统设主变(配)电所，电源由城市电网就近接引，具体还可分为单点集中和多点分散集中。该方式从电力系统引入电源的数量少，电力系统工程量少，便于调度管理，枢纽供电系统自成体系，运营维护方便。目前较大规模的建设项目多采用集中供电方式。

混合式供电方式——是前两种方式的结合，以集中供电方式为主，个别地段就近引入城市电网电源作为集中供电方式的补充。但这样会给电网管理、保护配合等方面增加了困难，采用者较少。

3 枢纽用电负荷情况和电源条件

3.1 负荷分布

从图1可以看出整个枢纽的布局是：城际站房为一个建筑体，位于枢纽的中央，主体建筑长约640 m，宽约60 m，负荷分布较为集中。除站房以外的市政工程，虽然分为5个分区，但建筑规模及用电量最大的A、B两区均紧邻站房两侧，且与站房相贯通，长度分别约为300 m和400 m、宽度均约在130 m以内，两者面积之和约为16.4万m2，约占市政总面积的90%，即负荷也较为集中且靠近城际站房。枢纽各子项及区域用电负荷分布见表1。

3.2 负荷性质

交通枢纽用电负荷可根据重要程度分为3级，具体如下。

表1 枢纽各子项及区域用电负荷分布

一级负荷：应急照明、变电所所用电、公共区照明、排烟系统用风机及电动阀门、消防水炮、消防泵、喷淋泵、通信、信号、综合监控系统设备、火灾时兼作疏散用的自动扶梯、车站排水泵等。

二级负荷：普通风机、一般照明、标志灯箱、排污泵、集水泵、火灾时不兼作疏散用的自动扶梯及电梯等负荷。

在大数据和网络化的今天，国内书业链上没有形成有效信息流，出版和发行上下游的信息流通渠道尚未打通，使已经建成的各个信息系统成为一座座信息孤岛，其结果是投入成本高、功能重叠、覆盖率低、缺乏规范和标准、数据难以通用，影响了书目信息使用价值的实现与公共信息资源的共享，成为出版发行业良性循环和有序发展的主要瓶颈之一[8]。因而最大限度地联合国内出版社、馆配商和图书馆三方力量，对传统的图书采访模式进行改革，构建一个基于互联网技术，集产生、获取、解析、加工以及服务为一体的综合性图书联合采访平台，为图书馆配提供实时交流、开放共享、公开透明的合作平台势在必行。针对国内目前现状,提出以下整改方案。

三级负荷：广告照明、景观照明、冷水机组及配套设备、电热设备、商业用电、清洁机械等负荷。

整个枢纽的全部用电负荷约37 MW，其中一、二级负荷约占57%(铁路及市政占比相似)。

3.3 外部电源条件

从用户需求角度而言，铁路与市政每处引入电源的回数均不应少于两路，但最终实施方案，一般应以电力公司的终审意见为准。天津供电公司的批复是：“于家堡站交通枢纽属于特级重要用户，必须具备三路电源供电条件”。

4 枢纽主变配电所实施方案

4.1 主变配电所设置方案

根据上述分析可知，本交通枢纽用电负荷相对集中，重要负荷占有率相对较高，适合集中设置主变配电所，同时至少采用两路电源供电。

除此之外，枢纽内站房工程与市政轨道交通工程的财产性质有很大区别，前者财产登记为央企性质，后者属于地方，故两者的运营维护管理亦从属于不同的机构。而地方供电公司制度规定，不允许企业间进行电能买卖，即两者间不能存在供电的从属关系。所以国铁工程与地方工程不宜集成为设有总接入点的一个系统，否则财产权属、从属关系、管理界面均难以划分，应以独立设置为宜。但由于铁路站房与市政工程在建筑形式上是一体的换乘结构，两者间的建设与运营周期较为同步，故确定分别向供电公司申请独立的外部电源，但可考虑同路由，以减少投资。

综上所述，枢纽中的铁路与市政工程应分别设置主变配电所，并根据实际外部电源条件，按每座所均采用3路电源供电考虑。

4.2 供电电压选择

供电电压应从用电容量、用电设备特性、供电距离、供电线路的回路数、用户的远景规划、当地公共电网现状和它的发展规划以及经济合理等因素考虑决定。鉴于枢纽的地理位置重要性以及城市规划的要求，一般电源线路均采用电缆。一般情况下，10 kV电缆送电容量约6 MVA，供电距离一般在6 km以下；35 kV电缆送电容量约20 MVA，供电距离一般在20 km以下。本交通枢纽位于天津滨海新区正在规划建设中的于家堡中心商务区内，目前区域内仅规划有110/10 kV和220/35 kV变电站各1座，但都不能满足枢纽建设周期的要求，而可使用的10 kV及35 kV电源均分布在6 km以外的地区。

根据以上分析，再结合表1中所列数据：即铁路站房用电量在10 kV电缆供电的临界值，市政工程用电量宜采用35 kV电缆送电，因此两个工程供电电压等级均确定选择35 kV。

4.3 主变配电所的接线形式

根据以上阐述，铁路与市政工程应各自设置1座35/10 kV主变配电所，且每座所均采用3路电源进线。

虽然外部电源条件相同，但由于行业标准及运营习惯的差异，主变配电所的接线形式不尽相同。

4.3.1 铁路工程

根据铁道行业标准，于家堡站属于大型铁路站房，须设置柴油发电机组，加之供电公司要求引入3路电源，本站房共计4路电源，即电源具备了很高的可靠性。而根据《铁路电力设计规范》(TB1008—2006)规定“除特大型客站变配电所宜设置第3路电源外，其他10 kV配电所和35 kV及以上的变电所，应有两路独立电源”，即按铁路标准，于家堡站房仅需两路电源加上柴油发电机即可满足设计标准。在此前提下，设计既要满足供电公司的要求，同时也要充分考虑投资的因素，通过性价比，最终选择了3路进线(两用一备)、2台主变的方案，主接线形式如图2所示。

图2 两主一备运行方式两台主变主接线

此方案35 kV及10 kV侧均采用单母线分段中间加母线联络开关的接线形式。35 kV侧正常时两路主用电源同时运行，备用电源热备。当其中一路35 kV主用电源失电时，35 kV母线联络开关闭合，备用电源投入(根据供电公司要求，只可备用电源向主用电源投入，不可逆向，且仅备用一侧)，两路电源应能负责所内全部负荷供电；当只有一路电源时，应能负责所内一、二级负荷供电；当仅有1台主变工作时，10 kV母线联络开关合闸，并负责所内一、二级负荷供电。经负荷计算，主变压器选择为2×6 300 kVA。这种形式的方案在天津站交通枢纽的铁路站房已经安全运行了6年，具有较高的可靠性，同样适用于于家堡车站。

4.3.2 市政工程

在满足电源可靠性的前提下，一般不设置柴油发电机，在此条件下，要充分考虑3路电源运行的同时性，所以选择3路进线及3台主变均同时运行的方案，充分保障了电源的可靠性，主接线方案有以下2种。

(1)方案一：3路同时运行顺序备用形式(图3)

图3 顺序备用运行方式主接线

此方案35 kV侧采用3组线变组接线方式；10 kV侧主接线采用单母线分3段环形接线形式。正常运行方式为3路35 kV电源同时运行，10 kV母线联络开关断开，并按规定的次序(不可逆)确定备用关系(如二备一、三备二、一备三)。当其中一路35 kV电源失压后，次序中规定的母线联络开关投入，由规定的另一路电源兼为事故电源供电范围内的全部负荷供电；当两路35 kV电源同时失电时，次序中规定的2个母联投入，由第3路电源为全部一、二级负荷供电。

(2)方案二：3路同时运行互为备用形式(图4)

此方案35 kV侧采用3组线变组接线方式；10 kV侧主接线采用单母线分4段的接线形式。正常运行方式为3路35 kV电源同时运行，10 kV母线联络断开。当一路35 kV电源失电时，由另两路电源负责枢纽全部负荷供电；当两路35 kV电源同时失电时，由第三路电源为全部一、二级负荷供电。在不同的运行方式中，10 kV联络开关有不同的投入方式，最终满足4段母线的均匀受电。

两种方案35 kV侧的接线方式相同，仅10 kV侧区分为3段或4段母线形式。前者接线形式相对简单、设备数量少进而投资也相对减少；后者在灵活性上具有优势。总之，两者的可靠性相当、各具特点，最终本工程选择了方案一，既满足三电源同时运行的可靠性，又考虑了投资的合理性。经负荷计算，主变压器选择为3×10 000 kVA。

5 结论

主变配电所的方案研究，不仅要考虑负荷的性质、容量和分布，还要遵循行业标准、供电公司意见以及运营管理的模式。此外，在满足不同投资方要求的前提下，力争实现资源的最大共享。本枢纽最终设计为：铁路与市政工程各建设1座35/10 kV主变配电所，并且外部电源同路由(供电公司的批复是：每个用户分别供一路独立电源，另两路电源均为两用户共用)。此外，铁路站房采用3路电源(两用一备)加柴油发电机的供电方式，所内设2台主变；市政工程则采用3路电源、3台主变同时运行的方式。

图4 互为备用运行方式主接线

[1] 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，2009.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50059—201135～110 kV变电站设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，2011.

[3] 中华人民共和国铁道部.TB1008—2006/J660—2007铁路电力设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2007.

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ16—2008民用建筑电气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[5] 任元会，等.工业与民用配电设计手册[M].北京：中国电力出版社，2005.

[6] 田瑞环，等.铁路电力设计手册[M].北京：中国铁道出版社，1991.

[7] 陈伟珂.天津站综合交通枢纽工程设计-建设-运营管理创新模式研究[M].北京：人民交通出版社，2011.

[8] 刘永谦，马静波，吴大鹏，等.综合交通枢纽供配电及综合监控系统设计技术综合研究[R].天津：天津市科学技术委员会，2014.

Research on Main Substation Scheme of Yujiapu Transportation Hub

YANG Qing

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation， Tianjin 300251， China)

This paper brings forward a concept of distribution system design for an integrated transportation hub based on the analysis of layout， size， load， external conditions of Yujiapu transportation hub. The comparison of many schemes results in the general and technical schemes for railway and municipal engineering power distribution to establish optimized ownership， to meet the requirements for construction and operational management on the basis of suitable economics.

Transportation hub; Railway Station; Municipal engineering; Main substation; Wiring pattern

2014-01-05

杨 庆(1969—)，女，高级工程师，1991年毕业于天津大学自动化系，E-mail：yangqing@tsdig.com。

1004-2954(2015)03-0130-04

U231+.8

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.03.031