论文部分内容阅读
摘要：本文从地铁车站低压配电设计出发，着重阐述了环控系统不同负荷级别设备的配电设计方案，并根据笔者所积累的地铁项目设计经验，对环控系统配电方案进行了比较分析。
关键词：低压配电；环控系统；单母线分段；双电源自动切换
1 前言
在地铁设计中，低压配电专业主要为综合监控系统、通信系统、信号系统、屏蔽门系统、火灾自动报警系统、环境与设备监控系统、通风空调系统（环控系统）、给排水系统、自动扶梯与电梯等配电，其中，环控系统负荷在地铁车站总负荷中占很大比重，本文将着重阐述在地铁车站低压配电中环控系统的配电设计。
2 环控系统概述
环控系统主要包括隧道通风系统（含防排烟系统）、车站大系统（含防排烟系统）、车站小系统（含防排烟系统）和空调水系统。
隧道通风系统主要为区间隧道和车站隧道服务，车站大系统为车站公共区服务，车站小系统为车站设备管理用房服务，空调水系统为给车站提供冷源。
3 环控系统负荷级别划分
环控系统按其不同的用途和重要性分为一级负荷、二级负荷、三级负荷：
1、在发生火灾（只考虑一处发生火灾）和事故时，仍继续运行的设备，如：隧道风机、射流风机、大系统排烟风机、小系统排烟风机及相应的补风机等为一级负荷；
2、除一类负荷外的其他风机、柜式空调器、备用空调系统、与风机空调机组非联动的电动风阀、与火灾和事故通风无关的电动风阀等为二级负荷；
3、除一、二类负荷外的其他通风空调系统设备，包括：冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、水处理设备、电动蝶阀、电动二通阀等为三级负荷。
4 环控电控室位置选择
标准车站一般在车站两端各设一个环控电控室，非标准车站根据车站实际情况，可考虑只设一个大环控电控室，或设若干个环控电控室。
在和土建专业进行配合时，笔者认为环控电控室的位置选取需考虑以下几点：
1.环控电控室的位置应尽量靠近环控机房；
2.同端的环控电控室和0.4KV低压开关柜室之间尽量避免有泵房、洗手间；
3.环控电控室和0.4KV低压开关柜室之间的电缆或封闭式密集母线槽敷设路径，以及环控柜运输路径，要保证畅通；
4.环控电控室应避免设置在洗手间、泵房或扶梯基坑下方，以免存在漏水漏油等安全隐患；
5.环控电控室中部应避免有结构柱，如四周有结构柱时，要按照结构柱的内侧边沿考虑柜子摆放空间；
6.环控柜数量根据车站实际负荷以及车站低压配电与照明技术要求来定，并预留一两个柜位，柜子排列按照《10KV及以下变电所设计规范》GB 50053-94来考虑。
5 环控系统配电设计
在地铁车站低压配电设计中，需针对环控系统不同负荷级别需求提供相应的电源来保证环控设备的正常工作，负荷级别不同，从低压柜到环控柜之间的接线方式也有不同。
5.1 一级负荷配电
环控系统一级负荷配电主要有单母线分段和双电源自动切换两种接线方式：
1）单母线分段接线方式
在笔者所参与设计的项目中，广州地铁六号线、广佛线、广州八号线北延段、南宁地铁二号线的环控系统一级负荷采用单母线分段接线方式。
如图1所示，单母线分段接线方式是自0.4KV开关柜两段母线各引一路电源至环控进线柜，并设环控母联开关，两路电源进行自动切换，环控电控柜至用电设备采取单回路供电。
正常运行时，环控母联开关断开，两面环控进线柜只为各自母线上的一级负荷提供电源，当其中某段进线电源出故障时，母联开关自动合上，另一段正常工作的进线柜为环控柜所有的一级负荷提供电源。
当环控柜单排布置时，母联柜宜设置在两面进线柜中间；当环控柜双排布置时，母联柜宜设置在适合搭建母线桥的位置。
2）双电源自动切换接线方式
在笔者所参与设计的项目中，杭州地铁二号线、大连地铁一号线、南昌地铁一号线的环控系统一级负荷采用的是双电源自动切换接线方式。
设计时，根据环控一级负荷大小分别设若干面环控一级负荷进线柜，一般是车站两端各设一个环控电控室，每个环控电控室内各设两面一级负荷进线柜，每面一级负荷进线柜的总负荷宜控制在200KW左右。
如图2所示，0.4KV低压柜的I段、II段母线分别馈出一路电源至同一个环控一级负荷进线柜，单母线不分段，两路电源以一主一备方式运行，柜内进线端设置一个双电源自动切换装置，为此进线柜所带的环控一级负荷提供电源，环控电控柜至用电设备采取单回路供电。
3）小结
单母线分段和双电源自动切换这两种接线方式都能够满足环控一级负荷设备的用电需求，不过，在实际配电设计中，还是有些差别：
① 单母线分段接线方式的环控进线柜因进线电流大，尤其是只设了一个环控电控室的车站，每面环控一级负荷进线柜均需对应在0.4KV低压柜中设一面馈线柜，而双电源自动切换接线方式的环控进线柜因进线电流比较小，每面进线柜一般只需从0.4KV低压柜的两段母线的一级负荷馈线柜中各馈一路电源。
② 单母线分段接线方式一般需要一面母联柜，而双电源切换接线方式不需要；
③ 因进线电流大，单母线分段接线方式的环控进线柜和0.4KV低压柜中的环控馈线柜之间宜采用封闭式密集母线槽，而双电源切换接线方式进线一般选用电缆；封闭式密集母线槽造价很高，对环境、工艺、维护要求也很高。
在地铁的环控系统配电设计中，单母线分段和双电源自动切换这两种接线方式用的都比较多，笔者认为一般可按照环控电控室用电负荷电流大小来选择，大于等于500A时，宜采用单母线分段接线方式，小于500A时，宜采用双电源自动切换的接线方式。 5.2 二级负荷配电
环控系统二级负荷在不同地铁项目设计中采用的配电方法有所不同，一般分为两种：
1）与一级负荷共同一母线
在部分地铁设计项目，如杭州地铁二号线，环控二级负荷和一级负荷在环控柜内是共同一母线，通过在二级负荷的馈线回路上加分励脱扣器来实现切非（在发生火灾时，由FAS系统切除），如图3所示。
3）小结
针对环控系统二级负荷的两种配电方式，笔者有以下看法：
①与一级负荷共同一母线的二级负荷，当某一路进线电源出故障时，还有另一路电源作为备用，能保证在非火灾情况下二级负荷设备的正常工作；而采用单母线接线方式的二级负荷，当这路进线电源发生故障时，这路电源所供的二级负荷设备均不能正常工作；
② 因一、二级负荷共同一母线，进线柜的进线电流更大，尤其对于整个车站只设了一个环控电控室并采用单母线分段接线方式的环控系统，对进线端的封闭式密集母线槽或电缆的载流量要求更高；而单母线接线方式的二级负荷配电方案中，因进线电流小，对进线电缆的载流量要求较低。
在这两种配电方案的选取上，笔者倾向于第二种：单母线接线方式。
5.3 三级负荷配电
三级负荷中的冷水机组或风冷冷水机组这些大功率设备一般直接由0.4KV低压开关柜的三级负荷馈线柜直接配电，其它三级负荷目前用的最多的是单母线接线方式，即从0.4KV低压开关柜的三级负荷开关柜馈出一路电源至环控三级负荷的进线柜，并设总开关，为环控三级负荷配电，火灾时由FAS系统切除，如图5所示。
三级负荷进线柜因进线电流小，一般采用电缆敷设。
当三级负荷设备非常少，如：大连一号线，由于空调水系统采用了风冷机组，其它三级负荷只有定压水泵、水处理仪、电动蝶阀这些需要配电的设备，针对这种情况，大连一号线考虑的是在环控机房设置一个环控三级负荷配电箱，专门给这些设备配电，成本低，维护也方便。
6 总结
在地铁车站设计中，环控系统的低压配电主要原则为：“集中配电、集中控制”，在车站实际设计中，要根据各车站的实际情况，选择更合理更优化的配电设计方案，更好地为环控系统服务。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家标准，GB 50054-2011，低压配电设计规范，北京：中国计划出版社，2012
[2]中华人民共和国国家标准，GB 50157-2003，地铁设计规范，北京：中国计划出版社，2003
[3]中华人民共和国国家标准，GB 50053-94，10KV及以下变电所设计规范，北京：中国计划出版社，1994
[4]广州市轨道交通六号线工程施工图设计文件
[5]杭州地铁2号线一期工程（东南段）施工图设计文件
[6]大连市地铁1号线工程施工图设计文件
作者简介：
张玲霞，女，1980年生，硕士研究生，2006年毕业于西南科技大学控制理论与控制工程专业，本科专业为电子信息工程，现工作于中铁隧道勘测设计院有限公司，从事低压配电与照明设计。
关键词：低压配电；环控系统；单母线分段；双电源自动切换
1 前言
在地铁设计中，低压配电专业主要为综合监控系统、通信系统、信号系统、屏蔽门系统、火灾自动报警系统、环境与设备监控系统、通风空调系统（环控系统）、给排水系统、自动扶梯与电梯等配电，其中，环控系统负荷在地铁车站总负荷中占很大比重，本文将着重阐述在地铁车站低压配电中环控系统的配电设计。
2 环控系统概述
环控系统主要包括隧道通风系统（含防排烟系统）、车站大系统（含防排烟系统）、车站小系统（含防排烟系统）和空调水系统。
隧道通风系统主要为区间隧道和车站隧道服务，车站大系统为车站公共区服务，车站小系统为车站设备管理用房服务，空调水系统为给车站提供冷源。
3 环控系统负荷级别划分
环控系统按其不同的用途和重要性分为一级负荷、二级负荷、三级负荷：
1、在发生火灾（只考虑一处发生火灾）和事故时，仍继续运行的设备，如：隧道风机、射流风机、大系统排烟风机、小系统排烟风机及相应的补风机等为一级负荷；
2、除一类负荷外的其他风机、柜式空调器、备用空调系统、与风机空调机组非联动的电动风阀、与火灾和事故通风无关的电动风阀等为二级负荷；
3、除一、二类负荷外的其他通风空调系统设备，包括：冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、水处理设备、电动蝶阀、电动二通阀等为三级负荷。
4 环控电控室位置选择
标准车站一般在车站两端各设一个环控电控室，非标准车站根据车站实际情况，可考虑只设一个大环控电控室，或设若干个环控电控室。
在和土建专业进行配合时，笔者认为环控电控室的位置选取需考虑以下几点：
1.环控电控室的位置应尽量靠近环控机房；
2.同端的环控电控室和0.4KV低压开关柜室之间尽量避免有泵房、洗手间；
3.环控电控室和0.4KV低压开关柜室之间的电缆或封闭式密集母线槽敷设路径，以及环控柜运输路径，要保证畅通；
4.环控电控室应避免设置在洗手间、泵房或扶梯基坑下方，以免存在漏水漏油等安全隐患；
5.环控电控室中部应避免有结构柱，如四周有结构柱时，要按照结构柱的内侧边沿考虑柜子摆放空间；
6.环控柜数量根据车站实际负荷以及车站低压配电与照明技术要求来定，并预留一两个柜位，柜子排列按照《10KV及以下变电所设计规范》GB 50053-94来考虑。
5 环控系统配电设计
在地铁车站低压配电设计中，需针对环控系统不同负荷级别需求提供相应的电源来保证环控设备的正常工作，负荷级别不同，从低压柜到环控柜之间的接线方式也有不同。
5.1 一级负荷配电
环控系统一级负荷配电主要有单母线分段和双电源自动切换两种接线方式：
1）单母线分段接线方式
在笔者所参与设计的项目中，广州地铁六号线、广佛线、广州八号线北延段、南宁地铁二号线的环控系统一级负荷采用单母线分段接线方式。
如图1所示，单母线分段接线方式是自0.4KV开关柜两段母线各引一路电源至环控进线柜，并设环控母联开关，两路电源进行自动切换，环控电控柜至用电设备采取单回路供电。
正常运行时，环控母联开关断开，两面环控进线柜只为各自母线上的一级负荷提供电源，当其中某段进线电源出故障时，母联开关自动合上，另一段正常工作的进线柜为环控柜所有的一级负荷提供电源。
当环控柜单排布置时，母联柜宜设置在两面进线柜中间；当环控柜双排布置时，母联柜宜设置在适合搭建母线桥的位置。
2）双电源自动切换接线方式
在笔者所参与设计的项目中，杭州地铁二号线、大连地铁一号线、南昌地铁一号线的环控系统一级负荷采用的是双电源自动切换接线方式。
设计时，根据环控一级负荷大小分别设若干面环控一级负荷进线柜，一般是车站两端各设一个环控电控室，每个环控电控室内各设两面一级负荷进线柜，每面一级负荷进线柜的总负荷宜控制在200KW左右。
如图2所示，0.4KV低压柜的I段、II段母线分别馈出一路电源至同一个环控一级负荷进线柜，单母线不分段，两路电源以一主一备方式运行，柜内进线端设置一个双电源自动切换装置，为此进线柜所带的环控一级负荷提供电源，环控电控柜至用电设备采取单回路供电。
3）小结
单母线分段和双电源自动切换这两种接线方式都能够满足环控一级负荷设备的用电需求，不过，在实际配电设计中，还是有些差别：
① 单母线分段接线方式的环控进线柜因进线电流大，尤其是只设了一个环控电控室的车站，每面环控一级负荷进线柜均需对应在0.4KV低压柜中设一面馈线柜，而双电源自动切换接线方式的环控进线柜因进线电流比较小，每面进线柜一般只需从0.4KV低压柜的两段母线的一级负荷馈线柜中各馈一路电源。
② 单母线分段接线方式一般需要一面母联柜，而双电源切换接线方式不需要；
③ 因进线电流大，单母线分段接线方式的环控进线柜和0.4KV低压柜中的环控馈线柜之间宜采用封闭式密集母线槽，而双电源切换接线方式进线一般选用电缆；封闭式密集母线槽造价很高，对环境、工艺、维护要求也很高。
在地铁的环控系统配电设计中，单母线分段和双电源自动切换这两种接线方式用的都比较多，笔者认为一般可按照环控电控室用电负荷电流大小来选择，大于等于500A时，宜采用单母线分段接线方式，小于500A时，宜采用双电源自动切换的接线方式。 5.2 二级负荷配电
环控系统二级负荷在不同地铁项目设计中采用的配电方法有所不同，一般分为两种：
1）与一级负荷共同一母线
在部分地铁设计项目，如杭州地铁二号线，环控二级负荷和一级负荷在环控柜内是共同一母线，通过在二级负荷的馈线回路上加分励脱扣器来实现切非（在发生火灾时，由FAS系统切除），如图3所示。
3）小结
针对环控系统二级负荷的两种配电方式，笔者有以下看法：
①与一级负荷共同一母线的二级负荷，当某一路进线电源出故障时，还有另一路电源作为备用，能保证在非火灾情况下二级负荷设备的正常工作；而采用单母线接线方式的二级负荷，当这路进线电源发生故障时，这路电源所供的二级负荷设备均不能正常工作；
② 因一、二级负荷共同一母线，进线柜的进线电流更大，尤其对于整个车站只设了一个环控电控室并采用单母线分段接线方式的环控系统，对进线端的封闭式密集母线槽或电缆的载流量要求更高；而单母线接线方式的二级负荷配电方案中，因进线电流小，对进线电缆的载流量要求较低。
在这两种配电方案的选取上，笔者倾向于第二种：单母线接线方式。
5.3 三级负荷配电
三级负荷中的冷水机组或风冷冷水机组这些大功率设备一般直接由0.4KV低压开关柜的三级负荷馈线柜直接配电，其它三级负荷目前用的最多的是单母线接线方式，即从0.4KV低压开关柜的三级负荷开关柜馈出一路电源至环控三级负荷的进线柜，并设总开关，为环控三级负荷配电，火灾时由FAS系统切除，如图5所示。
三级负荷进线柜因进线电流小，一般采用电缆敷设。
当三级负荷设备非常少，如：大连一号线，由于空调水系统采用了风冷机组，其它三级负荷只有定压水泵、水处理仪、电动蝶阀这些需要配电的设备，针对这种情况，大连一号线考虑的是在环控机房设置一个环控三级负荷配电箱，专门给这些设备配电，成本低，维护也方便。
6 总结
在地铁车站设计中，环控系统的低压配电主要原则为：“集中配电、集中控制”，在车站实际设计中，要根据各车站的实际情况，选择更合理更优化的配电设计方案，更好地为环控系统服务。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家标准，GB 50054-2011，低压配电设计规范，北京：中国计划出版社，2012
[2]中华人民共和国国家标准，GB 50157-2003，地铁设计规范，北京：中国计划出版社，2003
[3]中华人民共和国国家标准，GB 50053-94，10KV及以下变电所设计规范，北京：中国计划出版社，1994
[4]广州市轨道交通六号线工程施工图设计文件
[5]杭州地铁2号线一期工程（东南段）施工图设计文件
[6]大连市地铁1号线工程施工图设计文件
作者简介：
张玲霞，女，1980年生，硕士研究生，2006年毕业于西南科技大学控制理论与控制工程专业，本科专业为电子信息工程，现工作于中铁隧道勘测设计院有限公司，从事低压配电与照明设计。