地铁低压配电系统设计优化措施研究

陈小立

（广州地铁设计研究院有限公司，广东广州510010）

0 引言

地铁是城市重要的有轨交通，而地铁低压配电系统为地铁所有低压负荷提供电能。保证地铁低压配网系统动力、照明、主排水泵、雨水泵、射流风机等设备配电的可靠、经济运行，是保证交通系统通畅的重要条件。但是由于地铁内部服务性的设备较多，运行工况相对比较复杂，因此在设计地铁低压配电系统时，应注意设备的运行工况及其与其他设备之间的配合，这是进行地铁配电系统设计的重要条件。

1 地铁动力配电系统的设计

1.1 地铁动力设备的复杂性

地铁动力设备包括电机、风机、水泵等，它并不是简单的几台风机、水泵、电梯，而是由多种系统如空调通风系统、给排水系统、消防系统、运输系统共同组成的。对地铁动力配电系统的控制，不是简单地进行启动或者停止，而是集远方/就地控制、BAS系统自动控制等于一身的复杂的控制。除此之外，还有对风机、水泵及空调的自动调节控制。

1.2 地铁动力配电系统的设计要点

地铁动力配电系统的设计，是从降压变电所到各个动力用电设备。地铁动力配电供电方式的设计，遵循以放射式供电为主、树干式供电为辅的原则。对于大容量或重要的电力设备，最适合使用放射式供电方式；对于检修电源等二、三级负荷，最适合使用树干式供电方式。遵循这一原则，才能在配电系统发生故障时，将故障限制在最小范围内，以保证供电系统的可靠性。

水泵、电梯、通信等双路电源，要直接通过低压母线进行放射式配电，并通过TN-S进行有效保护。地铁站还有区间维修的使用电，要运用链式供电方式，并且每间隔100 m就要加装插座箱。对地铁里数量众多的通风空调，在车站的通风空调机房附近设置环控电控室，使用放射式供电方式，实现远方集中控制。

2 地铁照明配电设计

照明部分要按照不同的功能来明确具体的灯光色温和显色情况，用于形成冷色调、中间色调以及暖色调等不同的色调。灯具类型的具体选择方面，要既能够与地铁的装修风格协调，还具有节能的效果。不同类型的照明具有不同的供电要求及控制方式。

2.1 照明分类和设置

照明的类型有一般照明、应急照明、运行证明、广告照明等。地铁站台层这样的公共区域以及出入口通道处，应设计一般照明、应急照明和广告照明。对于消防泵房、照明配电室这样的关键区域，需配置事故照明。地铁站厅层、站台层的北、南两端设置照明配电室，对车站公共区、出入口通道的照明进行控制。区间照明则在区间隧道口设置照明总配电箱对其进行控制。

对于每间照明配电室，可以设计2台一般照明总箱，1台应急照明箱，1台广告照明箱，工作照明总配电箱的电源由降压变电所两段不同母线获得，广告照明总配电箱的电源由降压变电所Ⅲ段母线获得。事故照明总配电箱从蓄电池室获得电源。车站公共区照明通过双电源分组供电，实现交叉供电，这样能够保障任一段电源母线出现问题时，此层的照明仍然能够满足需要，避免出现所有场所全部失去照明的情况。车站设备及管理用房的照明相对于公共区照明为独立的系统，以免电源发生故障时互相造成影响。为应对两路电源同时发生故障的情况，特设置应急照明，其电源由地铁车站内蓄电池室的直流屏进行供电。

2.2 照明质量和灯具选用

照明光源的技术指标包括光源的光效、寿命、显色性等，地铁照明的特点为：被照面积大、照明时间长、照度标准高、耗电量大、节能需求强，所以地铁的照明光源应具备光效高、寿命长等特点。除此之外，为了有利于视觉识别以及提高舒适感，对地铁光源的显色性也有要求。根据以上要求，从经济性、技术性上来评估，在地铁的站厅层、站台层这样的区域所选择的照明光源为荧光灯，如H型节能荧光灯，这种灯功率很小，但光通量却很大，其寿命大大超过白炽灯。

地铁车站照明属于以功能为主的明视照明，在站内采用均匀布置的方式。为了美观，灯具的布置与建筑形式应相互协调。对于无吊顶的场合，灯具采用吸顶式安装；对于有吊顶的场合，灯具采用嵌入式、半嵌入式安装，从而使空间显得更加整齐和美观。

3 电动机负荷的配电设计

地铁站内的电动机负荷包括主排水泵、雨水泵和射流风机等，它们具有以下特点：首先是负荷容量很小；其次，要按照实际情况来明确是单台运行还是多台同时运行；第三，全部属于电动机负载，电动机的开始电流往往高达额定电流的7倍左右，启动尖峰电流则为启动电流的2倍左右，所以电动机负荷配电的上级断路器脱扣器整定值大小是额定电流的14倍。出现单相接地短路的情况下，开关过流保护很难有效实现，需要于断路设备上加装附件，令上级断路器可靠跳闸，但加装附件会增加成本，减弱配电系统的可靠性，所以往往并不优先考虑。

电动机负载大多时间不会同时启动，所以尖峰电流并不等于负荷额定电流之和的14倍。如果有N台电机先后启动，则其启动尖峰电流的计算公式为：

式中，Imax为一组电动机启动时的尖峰电流；P为一台电动机的功率；cos φ为功率因数。

所以，对于N台电动机供电的上级断路器，其保护整定值Id只需要大于1.2Imax。因此，对于N台电动机负荷，其上级断路器的保护整定值Id与该负荷正常运行电流值的比值n为：

可见，对于一组N台电动机运行的负载，设备数量越多，断路器瞬时的脱扣整定值大小就和额定电流大小越接近。电动机不同时启动，有利于校验过流保护来兼作接地保护的灵敏性。在这种工况下，保护灵敏性校验不满足，才考虑增加断路器附件，从而减少了在断路器上设置附件的数量，对降低投资、提高配电系统可靠性均有好处。

地铁区间的主排水泵、雨水泵是否运行，以及启动单台还是多台水泵，是根据实际水位情况来确定的。而地铁内的水位改变不会十分迅速，因此水泵电动机一定不会同时启动。而射流风机由环境与设备监控系统（BAS）控制，极有可能启动多台风机，一定要依据全部电动机一起启动运算电动机启动尖峰电流的大小，来选择是否增加断路器附件。

4 结语

本文对地铁动力配电、照明配电以及区间主排水泵、雨水泵、射流风机的配电设计进行了研究。动力配电系统分析了地铁动力负荷供电要求，论述了地铁动力配电系统设计原则；照明配电分析了地铁照明的特点，给出了地铁照明配电及其控制方式、照明质量、灯具选用等设计方法；区间主排水泵、雨水泵、射流风机配电分析了设计的注意事宜。作为低压配电专业的设计者来讲，尽可能了解设计的相关细节，才能使设计的项目合理可靠。