地铁区间长距离配电方案设计与优化

郭成磊，王 娜

（1.中铁二院华东勘察设计有限责任公司，浙江 杭州 310000；2.江苏优匠峰建设工程有限公司，江苏 南京 210000）

0 引 言

地铁低压配电系统负责为地铁车站及区间低压负荷提供电能，保证动力照明设备可靠运行。实际工程中常遇到区间设备距离变电所较远，出现电缆截面偏小导致设备无法启动或电缆截面偏大造成工程投资浪费等现象。本文以某地铁区间低压配电设计为例，从供电可靠性、合理性、经济性以及运行维护等方面，分析地铁区间射流风机、区间水泵等设备长距离配电的方案。

1 工程案例

某地铁线路在车辆段内靠近出入段线处设有一座牵混所。出入段线为单洞双线，在U型槽洞口处设有雨水泵（3台，11 kW/台），在隧道最低处设有废水泵（2台，7.5 kW/台），在出入段线隧道内设置8台射流风机（22 kW/台），左右线各2组，每组2台（上下叠放）。

1.1 设备运行工况和负荷分析

射流风机平时早晚各运行一次，改善隧道空气环境；在区间发生火灾或列车阻塞时兼事故风机，通过BAS系统命令配合隧道内机械排风。根据地铁灾害模式的设计要求，本工程按左右线同时有一处火灾进行设计。

洞口雨水泵房的3台雨水泵互为备用，必要时3台同时使用。水泵根据水位线的升高逐台启动。废水泵工作原理和雨水泵一致。

出入段线低压设备相对分散，配电距离远远超过500 m的常规配电半径，属于区间长距离配电，且射流风机和区间水泵的负荷等级均为一级负荷。因此，要综合考虑设备的运行工况、线路电压损失、电机启动条件以及级间配合等因素，制定合理的配电方案。

1.2 低压配电方案

1.2.1 电源方案

本工程左线负荷88 kW，右线负荷136 kW，共224 kW。如果在靠近负荷中心设置跟随所，则需要设置35 kV电缆、配电变压器、0.4 kV配电柜等。此外，前期土建配合、后期运营维护均需大量人力和物力支持。因此，选择从就近的牵混所取电是比较经济、合理的方案。

1.2.2 电源箱设置

根据给排水专业资料，雨水泵自带“一控三”的水泵电控柜。废水泵自带“一控二”的水泵电控柜，只需为水泵控制柜提供两路独立电源即可。

根据暖通专业资料，每台射流风机自带一台射流风机控制柜。为了节省空间，减少回路数量，设置4套双电源切换箱，每套为2台射流风机控制柜配电。低压配电系统如图1所示。

图1 低压配电系统示意图

1.2.3 电缆截面选择

选择电缆截面时一般把电动机设备配电压降控制在5%以内，但区间负荷分布距离变电所较远，还需考虑电机启动条件：电动机全压启动时配电母线的电压不低于系统标称电压的85%[1]。

经计算，本工程电缆截面详见表1。

1.2.4 级间配合

对电动机负荷来说，启动电流一般为额定电流的7倍左右[2]。启动时，尖峰电流一般为启动电流的2倍，即额定电流的14倍。所以，上级断路器的瞬时脱扣器的整定电流应为启动电流的2～2.4倍（考虑1.2倍裕量）。在发生单相接地短路故障时，靠开关过流保护兼作接地保护的校验很难通过。可考虑在断路器上增加必要的辅助附件，确保在单相接地短路故障时上级断路器可靠跳闸。但是，增加附件会增加成本，降低配电系统的可靠性。

2 方案优化

地铁设备长距离低压配电方案通过BAS远程发命令控制风机、水泵，无需人员值守，维护方便，占用土建面积较小。它的投资造价主要取决于配电电缆的型号和数量，优化目的是在保证供电安全可靠的基础上，最大限度缩减投资，争取最大经济效益。因此，更合理地选择电缆截面和减少电缆用量是方案优化的关键。

2.1 设备运行工况优化

2.1.1 工况优化1

实际运行时，可认为左右线射流风机不同时工作，即当一个隧道火灾或阻塞工况时仅本隧道射流风机依次启动；早、晚需要改善隧道内空气条件时，某侧射流风机先依次启动，半小时后关闭，再启动另一侧射流风机。那么，4台电源箱的功率相当于原方案的一半，电缆截面可减少一半。

2.1.2 工况优化2

受工况优化1的启发，射流风机仍然按工况优化1运行。如果将射流风机双电源切换电源箱ATQSL1与ATQ-SL2“T”接，则0.4 kV馈线回路容量和原方案一致，电缆截面不变，但电缆根数减少近一半。

2.2 电机启动条件优化

一般电动机软启动电流仅为电机额定电流的4倍左右，采用软启动装置可大大降低启动电流，从而选择截面更小的配电电缆。另外，采用软启动装置后，在发生单相接地短路故障时，靠开关过流保护兼作接地保护的校验更好通过，有利于极间配合。

2.3 就地无功补偿

长距离供电线路中存在感性负载，导致大量无功功率的产生，降低功率因数，增加线路损耗。因此，在末端就地设置无功功率补偿装置可有效提高线路功率因数[3]，减小电缆截面，从而降低线路损耗。

表1 本工程电缆截面详情

2.4 箱式变电站

箱式变电站以其结构紧凑、安装方便、维护简单以及安全可靠的特点，广泛应用于住宅小区、市政道路等领域。地铁区间设备分布分散，箱式变电站可根据地铁区间设备的具体位置，尽量靠近负荷中心设置，可大大缩短低压电缆的长度，降低线路损耗。

3 结 论

综上所述，地铁设备长距离配电应充分考虑设备的运行工况、供电可靠性、电动机设备启动条件、级间配合以及对土建的影响等因素，最终选择相对合理的配电方案。