地铁车站建筑与机场建筑低压配电设计差异研究

林 挺

(福州轨道交通设计院有限公司 福建福州 350004)

0 引言

近年来，随着我国交通建设事业的深入发展，城市轨道交通和民用机场在全国各地掀起建设热潮。地铁车站建筑和机场建筑由于建筑形式、建筑体量的差异，电气设计方案也不尽相同。笔者通过自身参与过的福州地铁4号线和上海某机场建筑，研究比较地铁车站建筑电气设计与机场建筑低压配电设计的异同。

1 变配电系统方案对比

项目一为福州地铁4号线某车站，为地下二层标准车站，总建筑面积2.6万m2，分为站台层和站厅层，目前已完成施工图设计。项目二为上海某机场建筑，为I类机场航站楼，总建筑面积62万m2，包括地上六层和地下一层，已于2019年投入运营。二者的变配电系统系统方案如表1所示。

表1 变配电系统系统方案对比表

从表中可以看出，虽然项目一的建筑体量远小于项目二，但因项目一的电源由全线主变电所集中式供电，供电距离较远，因此采用35/0.4 kV变配电系统。项目二电源引自就近市政变电所，供电距离较近，且根据电业常规用电分界接口，因此选用10/0.4 kV变配电系统。由于进线电源方案的不同，项目一的市政电源相对而言可靠性更高，因此项目二设置了低压柴油机作为后备电源，项目一则不设置。两种供电方案从可靠性而言，均可满足自身用电需求。主要原因在于进线电源方案的差异，而这取决于与当地电业局的接口谈判。

在UPS设置方案上，项目一采用了各系统独立设置UPS的方案。一方面是由于各系统后期运维属于不同部门，另一方面是该方案为前序线路延续做法。若采用集中设置UPS，则涉及到各系统界面的接口重新分界。项目二则根据各系统运维主体的不同，对属于机场运维部分的机房UPS进行整合，对属于海关、边检等独立运维的机房由相关单位单独设置，并根据负荷的重要性，对不同的集中UPS采用了“1+1并机”、“UPS双机+STS静态开关”等不同配电方式。通过对比二者的UPS方案，可以看出项目二在UPS设置上更为合理，集中UPS在系统造价上更省，且能节省建筑空间，还可节省后期运维成本。在后期地铁项目设计时，地铁车站的UPS设置方案可借鉴项目二及全国其他地铁项目的UPS整合经验，从负荷类型及重要性、运维主体等方面对UPS进行整合方案比选，使配电方案更好地满足使用需求，减少运营维护成本。

2 主要负荷配电方案对比

地铁车站建筑与机场建筑的主要负荷不尽相同，《地铁设计规范》GB50157[1]和《交通建筑电气设计规范》JGJ243[2]中，关于地铁和民用机场用电负荷等级划分及供电方式的相关规定也有一定区别。两个项目均针对不同等级的负荷，采用了有针对性的配电方案，以满足不同负荷对供电可靠性的要求。对于一级负荷中的特别重要负荷，如重要弱电系统负荷、应急照明等，均在两路市电的基础上增设应急电源；对于一级负荷，如主排水泵、雨水泵等，均采用两路市电配电，并根据负荷容量采用放射式或树干式配电；对于二三级负荷，均采用单回路配电。然而在消防风机的配电方案上，两个项目存在较大差异，具体对比如表2所示。

表2 消防风机配电方案对比

在消防风机的配电方案上，项目一采用了在车站两端环控机房附近集中设置环控电控柜的方案，并在环控电控柜中采用了单母线分段加母联开关的配电形式。主要在于地铁车站的通风空调设备均设置在车站两端的环控机房内，通过就近设置环控电控柜，利于后期运营的集中维护管理。单母线分段的配电方式相对而言，可靠性更高，但需注意上下级母联开关的配合；而项目二中空调风机根据建筑布局情况，设置在不同楼层和不同区域，在机房内就地设置双电源切换箱的形式更为适合，同时考虑到项目二作为国际交通枢纽机场的重要性，因此对其消防负荷增设柴油机作为后备电源，保障了消防负荷的供电可靠性。在实际项目设计过程中，应结合工程实际情况，从项目重要性、建筑形式等方面对消防负荷配电方案进行比选，保证消防负荷的供电可靠性。

3 低压配电保护方案对比

项目一和项目二根据自身项目情况，在低压配电保护方案上也存在一定差异，如表3所示。

表3 低压配电保护方案对比

从表中可以看出，两个项目在0.4kV柜的配电保护方案上是基本一致的，但在配电箱配电保护方案上存在较大差异。项目一在配电总箱及分箱的进线开关均选用断路器，并设置短路瞬时保护及过负荷长延时保护。其理由为在地铁车站中配电间和变电所在运营管理中分属不同工班，因此在末端配电回路发生故障时，应将故障在本级切断，不应扩大故障影响范围，导致上级配电回路跳闸。项目二则在配电总箱及分箱的进线开关均选用了隔离开关，仅采用了分支电缆配电的配电箱进线处设置断路器。其理由为配电箱出线回路均设置了断路器，当配电箱内出线断路器以上位置发生故障时，由上级配电箱柜出线回路断路器，进行保护切断。

对于配电箱进线处是否设置断路器，可根据配电回路不同位置，发生故障的不同情况，进行分析。如图1所示，配电箱回路故障点可分为A，B，C三点。当故障发生在C点时，可通过配电箱出线断路器与上级断路器的上下级配合，保证故障点在配电箱出线侧切除。当A点发生故障时，无论配电箱进线是否设置断路器，均只能由0.4kV低压柜出线断路器保护。因此仅需分析B点发生故障时的情况。常见的电气故障可分为相间短路、接地故障、过负荷[4]。根据机场建筑及地铁车站建筑负荷特点，配电箱的同时系数Kx均设置在0.8～1.0之间，因此，在配电箱所有出线回路未产生过负荷的情况下，B点产生过负荷故障的概率较低。当B点发生相间短路时，按标准地铁站内配电总箱设置最远距离250米考虑，短路电流将远大于0.4 kV柜出线断路器的瞬动整定值或短延时整定值。这种情况下，即使在配电箱进线处设置断路器，也无法保证0.4 kV柜出线断路器不动作。当B点发生接地故障时，若B点与变电所距离较近，则短路电流较大，情况与相间短路情况相同；若B点与变电所距离中等，因项目一0.4 kV出线断路器整定值均为下级配电箱进线断路器整定值的1.15～1.2倍之间，而根据断路器的反时限脱扣器动作特性，下级断路器的可靠动作电流为1.3倍的整定值[3]，上下级断路器脱扣曲线存在交叉重合，无法保证上下级可靠配合。若B点与变电所距离较远，无法通过0.4 kV柜断路器的瞬动、短延时或长延时保护做接地故障保护时，0.4 kV柜断路器通常会设置专门的接地故障保护装置。而配电箱总开关由于造价原因，通常不会设置独立的接地故障保护装置。这种情况下若B点发生接地故障，则0.4 kV柜将提前动作。根据以上分析，可以确定在配电箱进线处设置断路器并无必要。

供配电系统应简单可靠，低压配电级数不宜多于三级[5]，因此在实际设计过程中，建议多与建设运营方沟通，通过对项目可能出现的故障情况进行分析，减少不必要或重复的配电保护设置，减少项目建设成本,如图1所示。

图1 低压配电回路故障情况简图

4 结语

本文通过福州地铁4号线某车站和上海某机场建筑的低压配电方案对比，梳理了典型地铁车站建筑和机场建筑低压配电设计方案的异同，对其中的原因进行了分析，并对两者进行了比选。地铁车站建筑和机场建筑同属于重要的交通建筑，低压配电系统均较为复杂，在实际设计过程中，应针对具体项目情况，认真做好配电设计的多方案比选，以期做到保障人身和财产安全，节约能源、技术先进、完善功能、经济合理、配电可靠和安装运行方便。