地铁动力与照明系统设计

2016-05-21方晓晨江苏省交通规划设计院工程师江苏南京210042

铁道运营技术 2016年2期

方晓晨（江苏省交通规划设计院，工程师，江苏　南京　210042）

地铁动力与照明系统设计

方晓晨
（江苏省交通规划设计院，工程师，江苏南京210042）

摘要：动力与照明系统作为地铁机电系统的重要组成部分，联系着供电系统与车站及相应区间范围大部分机电设备，实现其配电，保护和控制。本文通过对国内地铁运行现状和相关线路动力照明系统的设计总结，从该系统的基本原则，系统构成，设计要点等方面对该系统进行了介绍。

关键词：地铁；动力；照明；设计

10.13572/j.cnki.tdyy.2016.02.021

地铁作为具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点的交通方式得到了迅速发展，动力与照明系统是机电系统中的重要组成部分，本文根据已实施国内地铁线路现状，从设计原则，系统设计重点等方面展开讨论，希望能够抛砖引玉，对地铁设计有所裨益。

1　设计范围和原则

车站设置降压变电所或牵引降压变电所，动力照明专业以其400 V开关柜出线端为起点，为含车站和相邻半区间范围内动力照明设备配电。设计范围主要包括：车站动力、照明设备配电及控制设计；车站动力、照明设备的选型和安装设计；车站低压电缆、管线的选型及敷设设计；车站机电系统接地及车站防雷设计；人防配套的动力及照明配电设计；与相关专业的接口配合设计。

动力照明系统的设计容量按远期最大负荷设计，并考虑一定的裕量。确保安全可靠、技术先进、经济合理、接线简单并具有一定的灵活性，维护管理方便。

根据《地铁设计规范》GB 50157（2013），地铁机电设备及照明用电负荷按其不同的用途和重要性分为三级〔1〕。

一级负荷包括综合监控系统设备、通信系统设备、信号系统设备、火灾自动报警系统设备、环境与设备监控系统设备、自动售检票系统设备、电力监控系统设备、门禁系统设备、安防设施、站台门系统设备、自动灭火系统设备、变电所操作电源、应急照明、地下站厅站台等公共区照明、地下区间照明、主废水泵、雨水泵、消防泵、防淹门、人防设备、防火卷帘门、消防疏散用自动扶梯、消防电梯、防排烟及各类防火排烟阀等。其中专用通信系统、信号系统、火灾自动报警系统、自动灭火系统设备及变电所操作电源、应急照明等为一级负荷中特别重要的负荷。一级负荷配电从降压变电所两段母线上分别馈出一路专用供电线路向负荷末端电源切换箱供电，两路电源在切换柜/箱内自动切换，以实现不间断供电，如消防系统，废水泵电源，消防疏散用自动扶梯等。综合监控系统（BAS、电力监控、OA、门禁）、通信系统、自动售检票系统设备通过整合UPS装置实现不间断供电；信号系统、站台门系统单独设置UPS实现不间断供电。所用电由交直流屏供电，应急照明由应急电源装置供电。

二级负荷包括非事故风机及风阀、污水泵、非消防疏散自动扶梯、出入口电梯、设备管理房照明、维修电源等。二级负荷配电从0.4 kV降压变电所一、二级负荷母线引一路电源至末端设备配电箱或设备。当一台变压器退出运行时，0.4 kV降压变电所的母联开关自动闭合，退出运行变压器所带的二级负荷由另一台变压器负责供电。

其它不属于一、二级负荷的如广告照明、电开水器、保洁电源、空调冷水系统、备用空调等为三级负荷。从0.4 kV降压变电所的三级负荷母线引一回电源至末端设备配电箱或设备；当供电系统为非正常运行方式时，三级负荷自动切除。

2　系统设计要点

2.1动力系统设计

2.1.1动力配电原则

1）采用放射式和树干式相结合，重要设备以放射式为主的方式为车站以及设计范围内区间的动力设备供电。

2）系统采用三相四线制配电，并采用TN-S接地保护系统。

3）变压器二次侧至用电设备之间的低压配电级数不宜超过三级；对非重要负荷供电时，可超过三级。

4）地下车站在车站两端设备区设备集中处分别设置环控电控室对通风空调设备实现配电、保护和控制。环控设备一般采用二级配电方式：将环控设备一、二级负荷分成若干组，每组容量控制在200 kW左右，为一段母线。采用单母线不分段的接线方式，两路电源一主一备自动切换。从环控电控室母线引单回路至用电设备的方式运行。三级负荷为单母线不分段。个别远离环控电控室的一、二级环控设备可由降压变电所直接供电。

2.1.2控制方式

1）动力设备控制方式应根据设备各系统控制要求相应实现就地控制、FAS系统集中控制、综合监控系统统一监控等要求的设计。

2）一般动力设备采用直接启动方式，大型动力设备（以各项目技术规定为准）采用软启动方式。

3）车站通风设备根据其工艺要求采用变频控制，当在火灾工况时需要切换到工频运行方式。

4）环控设备设就地控制和集中控制，集中控制由环控电控室或通过综合监控系统实现，就地控制具有优先级。其中环控电控室的控制一般采用智能低压控制系统（见图1）是通过多功能仪表、PLC、通信管理器、智能I/O、总线等元器件把本站的各用电单元组成网络，（元器件动画出现）上传给综合监控系统，实现远程控制、参数设置、故障诊断，存储打印报表等功能。

智能模块主要包括电机保护智能模块及其扩展I/O、小PLC、软启动器等。

图1　智能低压控制系统

2.2照明系统设计

2.1.1照明设计原则车站照明由站台、站厅一般照明、设备房管理房照明、导向照明、应急照明（包括备用照明和疏散照明）、出入口照明、安全电压照明、广告照明和区间照明组成，区间照明由区间一般照明、区间应急照明及区间疏散指示照明组成。在车站站厅层、站台层、（设备层）两端各设置一个照明配电室，照明配电箱集中设置于此处。为确保车站各项功能正常发挥。

结合地铁工程特殊性，公共区照明配电以车站中心线为界，中心线两侧的公共区照明分别于照明配电室内设置两面照明总配电箱，两面照明总配电箱的两路电源分别引自变电所的两段低压母线，每面总箱内分别设置工作照明和节电照明回路，公共区照明灯具交叉配线，各负责50%公共区正常照明负荷，既满足地下车站公共区照明一级负荷双电源的供电要求，又经济合理，节约成本。

2.2.2应急照明系统地铁作为城市主要交通干线之一，供电可靠性要求很高，为保障运输的安全畅通，在地下车站和地下区间各场合均应设置应急照明。应急照明有分散供电和集中照明2种方式。其中分散式供电其采用应急灯，电源直接由动力照明变压器供给的方式运行，该方式存在运行维护困难的缺点，目前地铁工程均采用集中式供电，在车站设置应急照明系统。在车站相应照明配电室内（以具体项目技术要求为准）各设一套EPS，两路电源分别引自降压变电所低压柜一、二级负荷两段，负责车站应急照明、区间应急照明、疏散指示照明、应急类导向照明等。其中出入口应急照明电源引自站厅层，区间应急照明（含区间疏散指示照明）引自站台层。公共区、区间应急照明设计为常明灯，就地不设控制；设备用房应急照明设就地控制，火灾情况下由FAS系统强启。根据2013年版地铁设计规范最新要求，隧道区间疏散指示标志灯应每隔10 m布置，考虑到火灾工况运行模式，与FAS系统配合实现区间智能疏散控制要求。

2.2.3智能照明控制系统随着地铁技术的不断成熟和智能化控制的发展，越来越多的车站开始采用智能分布式控制总线系统实现智能照明，以更便捷的技术节约能源。车站公共区正常照明采用智能照明控制方式，该系统自成体系，并作为子系统集成到地铁管理系统中。各功能模块分别安装在对应系统箱内，通过控制电缆连接，各分支线通过线路连接器连接成一个系统。该系统带有定时器且时间可方便调整，以对照明进行定时控制。应急照明、应急导向、设备区照明配电箱不在智能照明控制系统控制范围内。

两种控制方式均可有效节约运营电能，而智能照明控制系统更加灵活和多样化。

2.3大功率远距离线缆保护因地铁工程特殊性，需要为区间废水泵，区间隧道排烟风机等设备供电，其兼具用电负荷等级高，设备容量大，供电距离长的特点，设计中需从电压损耗，经济电缆截面等方面，提供安全可靠经济合理的电缆选型。

正常运行情况下，用电设备端子处电压偏差允许值（以额定电压的百分数表示）宜符合表1要求。

表1　用电设备端子处电压偏差允许值

风机启动要满足规范要求（摘自《通用用电设备配电设计规范》（GB 50055-2011）：

1）电动机起动时，其端子电压应能保证机械要求的起动转矩，且在配电系统中引起的电压波动不应妨碍其他用电设备的工作。

2）交流电动机起动时，配电母线上的电压应符合下列规定：

配电母线上接有照明或其他对电压波动较敏感的负荷，电动机频繁起动时，不宜低于额定电压的90%；电动机不频繁起动时，不宜低于额定电压的85%。（“频繁”是指每小时起动数十次以致数百次。〔2〕）线缆保护选型示例如图2所示。

图2　线缆保护选型示例

图2中区间隧道风机TVF-112-A1设置于通风机房内，容量90 kW。电源引自环控电控室一二级负荷母排NLH 11，供电距离160 m。考虑电缆自然弯曲度，进出线等条件：电缆长160х1.2=192 m，Pe= 90 kW，Ij=170.9 A。选用低烟无卤型电缆WDZBNYJY 23 2（3х150+2х70）。该段进线柜Pj=185.5 kW，Ij=351 A。考虑最大功率风机TVF-112-A 1启动，其他用电负荷正常运行，启动电流取3.5倍，为598.15 A。NLH 11启动电流为748.25 A。

运行压降：0.074х0.192х351=4.3%

启动压降（估）：0.074х0.192х778.25=9.46%

运行、启动压降均满足规范要求。