地铁环控系统的供配电设计与分析

刘　向

(华东建筑设计研究院有限公司，上海 200002)



地铁环控系统的供配电设计与分析

刘向

(华东建筑设计研究院有限公司，上海 200002)

0　概述

地铁车站通风空调及防排烟系统简称环控系统,主要由环控大系统、环控小系统及隧道通风系统组成。由于地铁车站站体较长，公共区域位于站体的中间区域，设备及管理用房位于两端，故环控系统一般在左右两端独立设置。环控大系统用于站厅和站台公共区通风、空调及防排烟；环控小系统用于设备区通风、空调及防排烟；隧道通风系统用于隧道和站台的通风、降温及防排烟。

1　地铁环控系统的运行特点

环控系统须满足两个方面的要求：一是日常运营时给乘客和设备提供舒适的环境；二是事故及灾害情况下能进行通风、排烟、排毒等操作，起到生命保障及辅助灭火的作用，但需注意，环控系统不是灭火系统。地铁环控系统用电量大，约占整个地铁用电量的40%，因此，对环控系统进行节能设计意义重大。地铁车站应根据环控设备布置情况，在车站两端分别设置环控电控室，为该区域的环控大系统、环控小系统及隧道风机配电，并在相应风机及特定风阀旁设就地检修箱。

正常运行时，车站环控大系统分为全新风空调运行、正常空调运行、通风运行三种工况控制模式，整个控制过程由设备监控系统根据环控工艺自动控制。该系统根据布置在车站风亭、风室、公共区等处的温度、湿度传感器所检测的数据进行自动分析、处理并确定车站大系统的运行模式，同时根据负荷大小，自动调节空调机组回水管调节阀的开度，控制风阀开度和风机的启/停。

车站小系统空调通风环控系统主要为车站内的设备及管理用房提供空调和通风服务，是一套独立系统，运行方式较为简单。在正常工作时，送/排风机的送/排风量是固定的，不随季节的变化而变化；当出现火情时，系统按照预设的火灾程序运行。区间隧道通风环控系统主要用于隧道的通风换气，但在隧道发生火灾时也兼有防灾功能。

2　地铁环控系统的供电设计与分析

2.1配电

地铁车站两端环控负荷中心附近分别设置环控电控室，环控设备由环控电控室集中配电。其中一端环控电控室应靠近冷冻机房，在此电控室内设置专用环控柜，专供冷水机组配套水泵和冷却塔等三级负荷用电。冷水机组等特大负荷由降压变电所单独供电。环控大系统、环控小系统及隧道通风系统的风机用电均属于一、二级负荷。

地铁环控配电的一、二级负荷从降压变电所引入两路独立的电源进线，降压变电所至环控电控室进线柜的两路电缆均采用矿物绝缘电缆、双电源切换的主接线方式，环控电控柜均采用直接放射方式为现场环控设备配电，并对其进行直接控制。环控电控柜低压配电部分通过电动机保护器、软启动器、变频器对电动机进行综合保护，并实现节能。图1为环控系统配置图(一、二级负荷)。

地铁环控配电的三级负荷从降压变电所引入一路电源进线，降压变电所至环控电控室进线柜的电缆采用铜芯、低烟、无卤B级阻燃型电缆。环控电控柜设三级负荷母线段，采用单母线不分段的接线方式，为冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔等三级负荷分组配电。环控电控柜均采用直接放射方式为水泵等设备配电并对其进行控制，图2为环控系统配置图(三级负荷)。

车站环控设备的一般空调动力设备采用直接启动方式，当单机容量较大，启动所产生的电压波动影响其他负荷时，采用软启动方式(一般单机容量≥75kW时采用软启动)。若环控工艺要求对部分环控设备采用变频控制以达到节能的目的，而基于变频控制的大型负载则不再采用软启动方式。环控电控柜出线电缆中，与消防有关的设备电力电缆明敷时采用矿物绝缘电缆，但在火灾时仍需供电的电缆应采用耐火型电线电缆。

环控电控室低压柜应设以下保护：

1)0.4kV进线开关：短路瞬动和短延时保护、过负荷保护、接地保护、备用电源自投自复装置。

2)0.4kV出线开关(电机回路)：短路瞬动保护、过负荷保护、断相保护。

3)0.4kV出线开关：短路瞬动保护、过负荷保护、接地保护。

环控电控室低压柜主要设0.4kV进线侧电流、电压测量和0.4kV馈线侧电流测量。

2.2控制

地铁车站环控系统采用三级控制：就地控制、车站控制室控制及中央控制。仅属车站范围内使用的空调通风设备只采用前二级控制，属于隧道使用的通风设备采用三级控制。车站控制室接收中央控制室的指令，具有控制、显示本车站所有空调通风系统设备的运行状态及温、湿度检测数值的功能；接收空调通风系统设备的故障报警信号和火灾报警信号的功能；控制相应空调通风兼排烟设备及相关风阀，并转入火灾运行模式的功能。就地控制用于环控设备初调、检修时的就地操作，具有优先权。

地铁环控设备控制系统的设置：

1)车站两端环控电控室分别设置继电器屏，并在继电器屏内各设一套PLC-A。PLC-A负责将变频设备、软启动设备、电动机保护设备、智能仪表、组合风门等通讯口进行整合汇总，再将采集到的环控系统数据实时上传至设备监控系统(EMCS)，同时根据EMCS 主机下达的运行模式指令进行实施控制，以保证环控系统的有效控制及数据传输的实时性。环控设备与EMCS系统的通信及控制功能均由PLC-A完成。

2)在车站两端环控电控室继电器屏内另设一套PLC-B，主要用于控制车站组合风门、风阀的开启、闭合，并以双总线的通讯方式与PLC-A联系。PLC-B的数量按车站风门和风阀实际数量选取。

根据各类风机的控制原理图及端子接线图，设计出环控负荷电缆联络图(即为各台风机控制线路的走向及联络)，若有些风机设有电动阀控制风门，则应从继电器屏为其电动阀配电，并引出控制电缆至就地按钮箱对电动阀进行就地控制。图3为环控系统电缆联络图(一、二级负荷)。

图3　环控系统电缆联络图(一、二级负荷)

每台冷水机组设置一台启动柜，将每台冷水机组配套的水泵设备接入启动柜，启动柜与继电器屏联络，能够通过继电器屏观察冷水机组的运行状态并控制启、停。两端环控电控室各设置一台BA系统控制柜，与每个继电器屏的通信口连接，实现对环控设备信息的采集和控制。环控电控室控制的风机包括专用排烟风机和兼用排烟风机，并且，基于车站BAS系统与FAS系统联网实现了信息共享，使工作人员可以更好地应对消防等突发状况。冷水机组设备控制联络图(三级负荷)见图4。

图4　环控系统电缆联络图(三级负荷)

3　结束语

地铁环控系统具有一定的针对性，能够更方便、准确地控制空调与通风系统，并实现与其他系统之间良好的通信和协调。此类项目的电气设计与普通民用建筑的设计存在一定差别，希望通过进一步的分析和研究，能够实现彼此相互借鉴、优势互补，更好地达到建筑物舒适和节能的目的。

[1]GB 50052-2009 供配电系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，2010.

[2]GB 50054-2011 低压配电设计规范[S].北京：中国计划出版社，2012.

[3]GB 50127-2007 电力工程电缆设计规范[S].北京：中国标准出版社，2008.

[4]GB 50157-2013 地铁设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[5]龚伟.轨道交通车站环控系统控制技术应用研究[D].上海: 上海交通大学,2010.

[6]罗宏.地铁环控系统的特点及其解决方案[J].测控技术与设备,2000,8: 25-29.

Design and Analysis of Power Supply and Distribution for Environmental Control System

Liu Xiang

地铁车站属于地下空间，地铁乘客需要一个安全、舒适的乘车环境，因此可靠、合理的地铁环控系统显得尤为重要。在保证环控系统实现正常功能的前提下，通过合理设计环控配电系统及控制系统，达到车站环控系统节能、舒适的目标。

环控系统供配电系统控制系统

Metro station belong to the underground space,metro riders need the safe and comfortable environment.Therefore,it is very important that the environmental control system is reliable and reasonalbe.In the premise of insuring the environmental control system to achieve the normal function,through the rational design of electric power supply system and control system,station environmental control system,realizing energy efficiency and comfort goals.

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