地铁变配电系统工程设计

摘要：本文针对地铁变配电系统工程，详细论述了地铁降压变电所的主接线和运行方式、继电保护、测量与计量等，以及低压配电系统和照明配电系统的设计技术。 关键词：地铁 变配电系统 工程设计 1． 引言 　　地铁车站一般分为地下二层，地下一层称为站厅层，地下二层称为站台层，每层均分为公共区和两端的设备区。公共区是乘客购票、乘车的区域，设备区则是各种专业的设备机房，如BAS、FAS、AFC（自动售检票）、通信、信号、泵房、气体灭火、照明配电室、环控机房、环控电控室、牵引/降压变电所、蓄电池室、屏蔽门管理室、车站控制室等。上海轨道交通明珠线二期工程共设17座地下车站和1座地面车辆段，线路全长22公里，与明珠线一期工程的中段连接，构成环线。 　　明珠线二期工程供电系统采用集中供电的110/35/10kV三级电压供电方式，由主变电所、牵引供电系统、变配电系统和电力SCADA系统组成。全线设两座110/35/10kV主变电所，向牵引供电系统（35kV）和变配电系统（10kV）供电。由于地铁牵引、车站动力多为一级负荷，因此每座主变电所均由城市电网提供两回独立电源。 　　变配电系统由10/0.4kV降压变电所、低压配电系统与照明配电系统组成。降压变电所在规模较大的车站设置二座，以车站中心为界，每座变电所各提供半个车站和单侧相邻半个区间的负荷用电。而规模较小的车站则设置一座，提供整个车站和两侧相邻半个区间的负荷用电。 2． 地铁降压变电所设计 2．1主接线 　　全线的降压变电所被分成若干个供电分区，每一个供电分区均从主变电所的35/10kV主变压器，就近引入两路10kV电源。在各供电分区设有网络开关，正常运行时该开关分断，形成10kV开口双环网络供电形式。 　　每座降压变电所的两路电源分别由主变电所或相邻降压变电所10kV不同母线引入，接至两段母线，同时在降压变电所的每段母线设一路出线电源，向相邻降压变电所供电。降压变电所10kV侧接线采用单母线分段型式，设置母联断路器。 　　降压变电所设两台10/0.4kV动力变压器，分别接自不同10kV母线上。变压器容量的容量满足一台退出运行时，另一台能负担远期的一、二级负荷。图一为降压变电所的主接线。 图一 降压变电所的主接线 2．2运行方式 　　正常运行时，两路10kV进线电源分别向两段母线供电，母联断路器打开，两段母线分段运行。当一段母线进线电源失电时，进线断路器分闸，母联断路器自动合闸。 低压母线为单母线分段运行方式，当一路电源故障时，母联分段开关自投，由另一路电源电源供一、二级负荷用电。 2．3控制、继电保护和自动装置 （1）控制 　　降压变电所10kV断路器采用SCADA远动控制、变电所集中控制和就地控制；0.4kV进线、母联断路器和三级负荷总开关采用SCADA远动控制和就地控制；自动扶梯馈线开关带分励脱扣器，分励按钮与FAS系统输出继电器的常开接点并联，以实现火灾情况下FAS系统可将其断开。 （2）继电保护 　　继电保护要满足可靠性、选择性、灵敏性、速动性要求，并力求简化保护配置；供电系统各级保护应考虑配合关系。 　　降压变电所10kV系统的继电保护装置采用微机型综合保护测控单元，实现保护、测量、信息采集与控制、开关间的联锁与联动、通信等功能，通过光纤以太网络接口接入全所综合自动化系统并上传至控制中心，保护功能具有独立性，不依赖于网络。具体保护配置如下： 　　10kV进、出线——线路差动保护、过电流保护、零序电流保护、过电压保护、低电压保护 　　10kV母联——限时电流速断保护、零序电流保护 动力变压器——电流速断保护、过电流保护、过负荷保护、零序电流保护、温度保护（变压器内部保护）、过电压保护、低电压保护 　　0.4kV低压进线柜、母联柜和环控一、二、三级负荷馈电柜均设过载、短路瞬时、短路延时及接地保护，其他低压柜设过载、短路瞬时及接地保护。 （3）自动装置 　　10kV、0.4kV母联断路器设置自动投入装置/功能，自投功能可在当地/远方进行投入/退出。 交流所用电母联断路器设置自动投入、进线设来电自复功能。 直流所用电的两路交流进线设置自动投入功能。 2．4测量和计量 　　变电所的所有测量和计量均在开关柜当地显示并通过变电所综合自动化系统将主要数据送到控制中心，具体设置如下： 　　10kV进/出线电流、10kV母线电压、动力变压器一次侧电流/有功功率/有功电度、动力变压器二次侧电流、0.4kV母线电压、0.4kV馈线电流、交流所用电系统进线电流及母线电压、直流所用电系统母线电压。 2．5功率因素补偿 有功电度、动力变压器二次侧电流、0.4kV母线电压、0.4kV馈线电流、交流所用电系统进线电流及母线电压、直流所用电系统母线电压。 2．5功率因素补偿 　　变电所采用低压集中自动补偿方式，每段0.4kV母线上装设电容自动补偿装置，对系统进行无功功率补偿，使补偿后的功率因数大于0.9。 2．6所用电系统 　　（1）交流所用电系统由降压变电所所0.4kV两段母线分别引入相互独立的两路电源，作为交流所用电系统的进线电源，两路电源互为备用。交流所用电系统采用单母线分段接线型式，供全所交流所用电负荷。 　　（2）直流所用电系统用于提供降压变电所控制、操作、继保电源及事故照明电源。正常运行时，充电单元负责全所直流用电，蓄电池在浮充电状态。交流失电后，变电所内的蓄电池组容量应保证所内经常性负荷、冲击负荷、事故照明负荷停电1小时的放电容量及事故放电末期最大冲击负荷容量（按4台断路器同时动作考虑）的要求。直流系统操作电压为DC220V，采用高频开关电源。 2．7过电压保护 　　供电系统在运行过程中会遭受暂态过电压、操作过电压、雷电过电压的侵袭，使设备绝缘直接破坏或不断劣化，最终引发事故。过电压保护装置可有效限制过电压水平，保护重要设备。过电压保护属于系统范畴，体现在供电系统中可能遭受过电压的各个环节，降压变电所作为供电系统的主要组成部分应采取如下过电压保护措施： 　　（1）变电所每段10kV母线对地间设置一台避雷器，位于地面的变电所房屋（如车辆段）按建筑物防雷规定设置避雷带或避雷针。 　　（2）在动力变压器0.4kV侧和向重要设备供电的末端配电箱（BAS、FAS、AFC、通信、信号等）的各相母线上，装设电涌保护器（SPD）。 2．8防雷与接地 　　考虑雷电过电压下的绝缘配合合理，受避雷器保护的设备，其额定雷电冲击耐受电压应不低于避雷器的雷电冲击保护电压乘以配合因数Kc,一般取Kc≥1.4。 10kV系统经小电阻接地，0.4kV系统采用TN-S接地系统。地铁车站设置综合接地网，接地网的接地电阻小于0.5Ω，降压变电所内做局部等电位连接。 3．低压配电系统设计 3．1负荷分类 　　车站动力、照明负荷按其重要性，分为一、二级及三级负荷。 　　一级负荷由降压变电所一、二段母线各提供一路电源供电并在末端自投，以实现不间断供电，如BAS、FAS、AFC、通信、信号、屏蔽门、消防泵、喷淋泵、废水泵、交/直流盘、气体灭火、环控电控室一、二段母线等。 　　二级负荷由降压变电所一段或二段母线提供一路电源，在变电所处切换，必要时可以切除，如污水泵、雨水泵、自动扶梯、直升电梯、正常照明等。 　　三级负荷由降压变电所三级负荷母线提供一路电源，当变电所只有一路电源时必须切除，如广告照明、冷水机组、环控电控室三段母线等。 3．2环控电控室 　　由于位于地下，地铁车站的通风和空调设备数量多、容量大，故在其较为集中的站厅层两端设置环控电控室，以便于集中供电和控制。冷水机组虽属空调设备，因其容量太大（一般在100kW以上），其电源直接由降压变电所三级负荷母线提供。 　　环控电控室一、二段母线进线柜由降压变电所一、二段母线各提供一路电源，设置ATS电源自动转换系统，具有自投自复功能。三段母线由降压变电所三级负荷母线提供一路电源。除暖风机、冷却水泵、冷冻水泵和冷却塔接至三段母线外，其余通风和空调设备均接至一段或二段母线。 一、二段母线进线柜设过载、短路、接地保护，进线断路器设置带延时的失压脱扣器（延时范围0～3S）；三段母线进线柜设过载、短路瞬时、接地保护。 环控电控室低压开关为就地控制。环控电控室进线柜的保护整定，应与降压变电所低压断路器配合，防止越级跳闸。 　　环控用电设备均采用就地、环控电控室和车站控制室三级控制。 3．3配电线路 　　车站动力、照明设备配电回路由降压变电所或环控电控室采用放射式方式供电，区间动力、照明设备配电回路由降压变电所采用树干式方式供电。 低压配电回路均使用电缆或电线，一级负荷以及应急照明采用低烟无卤耐火电缆、电线，二、三级负荷采用低烟无卤阻燃电缆、电线，消防设备回路采用矿物绝缘电缆。电缆额定电压不低于1kV，电线额定电压不低于500V；电缆、电线截面按持续载流量选择，并校验其末端电压水平（允许偏差为±5%）。 4．照明配电系统设计 4．1照明分类 　　地铁照明由站厅/站台照明、房间照明、区间照明、应急照明（包括诱导标志）、出入口照明和广告照明等组成。 　　车站和区间应急照明为一级负荷，站厅/站台照明、房间照明、区间工作照明、出入口照明为二级负荷，广告照明为三级负荷。 　　（1）照度标准 （2）正常情况下照度均匀度不宜低于0.7。 　　（3）直接眩光限值质量等级：控制室、值班室、车控室等房间为Ⅰ级，站厅、站台、通道、办公室、休息室等场所为Ⅱ级，其余场所为Ⅲ级。 　　（4）光源色表：休息室、卫生间、设备机房等房间为暖色、站厅、站台、通道、办<