某城际铁路地下站供配电系统设计

李沛

摘 要：城际铁路地下客运车站，建筑规模高于普通地铁车站，除了通信、信号、信息、电扶梯、屏蔽门等设备外，环控通风、给水消防设施比地铁更加复杂，因此给供配电系统设计提出了新的要求， 从而使得研究合理、可行的供配电设计方案显得十分重要。为了满足城际铁路地下车站和区间用电需求，地下站设置了10kV配电所及站房变电所；应急电源系统采用柴油发电机组和EPS相结合的方式。

关键词：城际铁路；供配电系统；柴油发电机组；环控配电

中图分类号：TM40 文献标识码：A

1 概述

城际铁路地下车站一般位于不宜设置为地面或者高架车站的地方，如航空机场内或者城市核心区。某城际铁路在某国际机场设置一座客运车站，该车站为地下站，位于机场T1航站楼的北侧。车站东侧地上为机场近期规划T2航站楼，同时车站北侧地下还规划有城市轨道交通车站。车站上部为机场近期规划综合交通换乘中心（简称 GTC），两工程同期实施。

本站总建筑面积为 51848m2，其中地下建筑面积为 51293m2（站厅、站台建筑面积为 42825m2，地下附属建筑面积为 8468m2）。车站为地下两层双岛四线型式，埋深约 21.5m，其中站厅层在上，站台层在下。

2 地下站负荷情况和供配电设计原则

2.1 负荷情况

地下站负荷主要集中在车站东端、中部和西端的站房设备区， 其它区域相对较小。

主要一级负荷有： 通信系统、信号系统、信息系统、防灾报警系统、设备监控系统、电力监控系统、（自动）售检票、屏蔽门、疏散用自动扶梯、气体灭火、消防泵、喷淋泵、所用电、站台站厅公共区照明、应急照明、火灾时需运行的风机及其风阀、排烟风机及其风阀、防火卷帘、挡烟垂帘等。

主要二级负荷有： 设备区和管理区照明、人防风机、污水泵、集水泵、垂直电梯、安检仪、分体空调等。

三级负荷有： 冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、广告照明、维修插座、清扫插座、商业用电等。

地下站总负荷容量为5357.4kW，其中一级负荷3179.6kW，二级负荷597.5kW，三级负荷1580.3kW。

2.2 供配电基本原则

作为城际铁路客运车站，属于人员密集场所，并且车站为地下空间，为保证人员及设备安全，应确保供电安全可靠，并对特别重要负荷配备发电机、蓄电池（EPS或者UPS）等后备电源。变配电所为无人职守无人值班， 设备采用免维护少维护型。

1）低压配电系统容量按远期最大负荷设计，并考虑一定裕量。

2）车站每个变电所均设两台配电变压器，低压侧采用单母线分段，每段母线均设三级负荷分母线。正常运行时，0.4kV母线分段断路器打开，两台配电变压器分列运行。当一回10kV电源失电后，0.4kV母线分段断路器闭合，由一台配电变压器负担本所的全部一、二级负荷。当10kV电源恢复时，自动复位为正常运行方式。

3 变配电所供配电系统

3.1 外部电源情况

城际铁路地下站从地方110kV变电站引入2路专用10kV外部电源，采用全电缆敷设方式。

3.2 站场供配电

地下站新建一座10kV配电所，引入2路外部电源，该所与地下站合建，既符合变配电所尽量位于负荷中心的设计要求，又满足了机场在地面、城际车站在地下的合理布局。

新建10kV配电所除了为地下站站房所有负荷供电外，还为车站两侧隧道照明、隧道内通信直放站、电伴热、雨水泵等负荷供电， 同时还为城际铁路区间贯通线路提供电源。

3.3 站房供配电

地下站站房为地下共2层，用电负荷主要分布在站厅层的左端、中部和右端三个设备区域，而这三个区域的通风空调设备较多且负荷占比较大。全站负荷主要集中于这三个区域， 根据供电设置尽量位于负荷中心的原则，所以研究后确定每个负荷区分别布置一座10kV站房变电所， 即左端、中部和右端设1号、2号、3号三个变电所。由于左端设备最集中区总负荷最大，因而10kV配电所与1#变电所临建，10kV配电所分别直接向1#和2号变电所馈出10kV电源，3号变电所10kV电源由2号变电所内环网“π”接引出。10kV配电示意如1所示。

1号变电所总负荷容量为2451.3kW，其中一级负荷938.4kW，二级负荷206.6kW，三级负荷1306.3kW。2号变电所总负荷容量为1679.8kW，其中一级负荷1372.4kW，二级负荷201.4kW，三级负荷106kW。3号变电所总负荷容量为1225.9kW，其中一级负荷868.4kW，二级负荷189.5kW，三级负荷168kW。根据负荷计算，得出1号变电所变压器为 2×1000kV，2号变电所变压器为 2×1000kV，3号变电所变压器为 2×800kV。

1号变电所位于站房左端（西侧）设备区内， 2号变电所位于站房中部设备区； 3号变电所位于右端设备区；1号、2号和3号变电所均设有高压环网柜、变压器室及低压开关柜室。

各变电所低压系统为单母线分段运行， 母联可自动投入。同时各变电所按一、二级负荷、三级负荷分别设置了母线段， 设有集中切除母线段的条件， 故障时切除三级负荷， 确保重要负荷。

3.4柴油发电机作为第三路电源供电

站房柴油发电机组作为一级负荷的应急电源；变电所0.4kV低压侧设有重要负荷母线，与柴油发电机组并网， 当外部电源停电时在15s内自动投入，确保重要负荷用电和旅客安全。

EPS作为照明应急电源分布于现场， 为应急照明提供应急保障， 确保外部电源失电或者意外故障时旅客能安全疏散。

3.4.1 发电机组选择

地下站选用一台柴油发电机，主用功率为400kW作为第三路电源。柴油发电机组保证应急照明用电、变电所操作电源UPS、FAS及综合监控等特别重要的负荷供电。endprint

3.4.2 发电机组运行方式

常规运行方式下， 发电机启动后和站房1号、2号和3号变电所低压侧并网， 负荷范围为地下站站房。当10kV外电源停电、缺相、电压或频率超出范围，或同一变电所两台变压器同时故障时，从变电所的自动互投开关ATS处取柴油发电机的延时启动信号至柴油发电机房，信号延时5s自动启动柴油发电机组，柴油发电机组10s内达到而定转速、电压、频率后，投入额定负载运行。当外电恢复50s后，由ATS自动恢复外电供电，柴油发电机组经冷却延时后，自动停机。柴油发电机配电示意图如图2。

4 地下站动力设备供电

城际铁路地下车站与高铁和城际地上（地面）车站相比，比较大的区别在于地下车站有大量的环控通风、排风排烟、冷水机组及冷冻水泵等设备，这些设备主要特点是大容量负荷相对集中、小容量负荷较为分散，因而地下站具有其独特的供配电方式。

4.1环控设备配电系统

车站环控设备由环控电控室集中供电和控制，每个环控电控室设有环控一级母线和环控二级母线，分别给环控一级和环控二级负荷供电，冷源系统由变电所三级母线供电至其配电柜。环控一级采用双电源切换系统进线。左端、中部和右端环控电控室各设有一面控制柜用来设置PLC及触摸屏。

由环控电控柜引出环控风机、排烟风机等设备控制箱。

冷水泵由于容量较大且属于三级负荷，由变电所三级母线供电至其配电柜。

对于有变频要求的设备采用变频控制。

4.2给排水系统

各类水泵按照负荷等级的配电要求从变电所馈线至设备所在处的电源箱控制箱。

4.3车站主要设备配电系统

通信系统、信号系统、自动售检票系统、FAS系统、BAS系统、变电所自用电等重要负荷双回路直接取自变电所不同的0.4kV母线，并自成系统供电。

5 防雷接地

按照相关规范和其它系统的接地要求，地下站采用了综合接地系统， 接地电阻不大于0.5Ω。

5.1 防雷接地

利用GTC金属屋面做接闪器， 建筑结构钢筋网作为引下线，利用地下站结构设置的抗拔桩作为站房接地极（不设置人工接地极）。

5.2 系统接地

10kV系统采用了小电阻接地形式，站房内0.4kV低压系统采用TN-S接地形式。所有带电设备的金属外壳、地下金属管线均与接地网相连通， 灯具也要求接PE线保护。

变配电所及环控电控室、低压配电室应在房间内敷设接地扁钢，并采用黄绿涂装，底边距地20cm，经过门处应采用扁钢暗敷在装修层内，并用双回电缆连接至局部等电位箱LEB。

通信、信号、信息等系统设备接地，按相关规范、规程要求分别接入综合接地系统。

6 结论

目前建成使用城际铁路的地下车站较少，由于车站规模也不同，供配电实施方案各不相同，特别是针对消防负荷的供电方式，设计方案多样。但目前城际铁路地下车站供配电设计并没有特别适合的规范可以采用。因此，在现有规范的基础上参考《地铁设计规范》（GB50157-2013），根据通信、信号、信息、电扶梯、屏蔽门、环控通风、给水消防等设备，设计研究制定了合理、经济的供配电方案。

（1）地下站电力供应以外部电力系统供电为主，在地下站设置了1座10kV配电所、变电所3座；应急电源系统采用柴油发电机组和EPS相结合的方式。

（2）采用柴油发电机组和EPS结合的供电方式，既可以达到市电失电后的相应时间，又能满足特殊情况时长时间供电的要求 。

（3）由于城际铁路地下车站规模高于普通地铁，设备较多、容量较大，环控通风设备主要采用环控电控柜配电，大容量的冷源设备采用变电所直接配电至设备控制柜。

参考文献

[1]GB 50052-2009，供配电系统设计规范[S].

[2]GB 50053-1994，10kV及以下变电所设计规范[S].

[3]工业与民用配电设计手册（第三版）[M].北京：中国电力出版社，2005.

[4]TB 10008-2006/J660-2007，铁路电力设计规范[S].

[5]JGJ 16-2008，民用建筑电气设计规范[S].

[6]GB 50157-2003，地铁设计规范[S].endprint

3.4.2 发电机组运行方式

常规运行方式下， 发电机启动后和站房1号、2号和3号变电所低压侧并网， 负荷范围为地下站站房。当10kV外电源停电、缺相、电压或频率超出范围，或同一变电所两台变压器同时故障时，从变电所的自动互投开关ATS处取柴油发电机的延时启动信号至柴油发电机房，信号延时5s自动启动柴油发电机组，柴油发电机组10s内达到而定转速、电压、频率后，投入额定负载运行。当外电恢复50s后，由ATS自动恢复外电供电，柴油发电机组经冷却延时后，自动停机。柴油发电机配电示意图如图2。

4 地下站动力设备供电

城际铁路地下车站与高铁和城际地上（地面）车站相比，比较大的区别在于地下车站有大量的环控通风、排风排烟、冷水机组及冷冻水泵等设备，这些设备主要特点是大容量负荷相对集中、小容量负荷较为分散，因而地下站具有其独特的供配电方式。

4.1环控设备配电系统

车站环控设备由环控电控室集中供电和控制，每个环控电控室设有环控一级母线和环控二级母线，分别给环控一级和环控二级负荷供电，冷源系统由变电所三级母线供电至其配电柜。环控一级采用双电源切换系统进线。左端、中部和右端环控电控室各设有一面控制柜用来设置PLC及触摸屏。

由环控电控柜引出环控风机、排烟风机等设备控制箱。

冷水泵由于容量较大且属于三级负荷，由变电所三级母线供电至其配电柜。

对于有变频要求的设备采用变频控制。

4.2给排水系统

各类水泵按照负荷等级的配电要求从变电所馈线至设备所在处的电源箱控制箱。

4.3车站主要设备配电系统

通信系统、信号系统、自动售检票系统、FAS系统、BAS系统、变电所自用电等重要负荷双回路直接取自变电所不同的0.4kV母线，并自成系统供电。

5 防雷接地

按照相关规范和其它系统的接地要求，地下站采用了综合接地系统， 接地电阻不大于0.5Ω。

5.1 防雷接地

利用GTC金属屋面做接闪器， 建筑结构钢筋网作为引下线，利用地下站结构设置的抗拔桩作为站房接地极（不设置人工接地极）。

5.2 系统接地

10kV系统采用了小电阻接地形式，站房内0.4kV低压系统采用TN-S接地形式。所有带电设备的金属外壳、地下金属管线均与接地网相连通， 灯具也要求接PE线保护。

变配电所及环控电控室、低压配电室应在房间内敷设接地扁钢，并采用黄绿涂装，底边距地20cm，经过门处应采用扁钢暗敷在装修层内，并用双回电缆连接至局部等电位箱LEB。

通信、信号、信息等系统设备接地，按相关规范、规程要求分别接入综合接地系统。

6 结论

目前建成使用城际铁路的地下车站较少，由于车站规模也不同，供配电实施方案各不相同，特别是针对消防负荷的供电方式，设计方案多样。但目前城际铁路地下车站供配电设计并没有特别适合的规范可以采用。因此，在现有规范的基础上参考《地铁设计规范》（GB50157-2013），根据通信、信号、信息、电扶梯、屏蔽门、环控通风、给水消防等设备，设计研究制定了合理、经济的供配电方案。

（1）地下站电力供应以外部电力系统供电为主，在地下站设置了1座10kV配电所、变电所3座；应急电源系统采用柴油发电机组和EPS相结合的方式。

（2）采用柴油发电机组和EPS结合的供电方式，既可以达到市电失电后的相应时间，又能满足特殊情况时长时间供电的要求 。

（3）由于城际铁路地下车站规模高于普通地铁，设备较多、容量较大，环控通风设备主要采用环控电控柜配电，大容量的冷源设备采用变电所直接配电至设备控制柜。

参考文献

[1]GB 50052-2009，供配电系统设计规范[S].

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[4]TB 10008-2006/J660-2007，铁路电力设计规范[S].

[5]JGJ 16-2008，民用建筑电气设计规范[S].

[6]GB 50157-2003，地铁设计规范[S].endprint

3.4.2 发电机组运行方式

常规运行方式下， 发电机启动后和站房1号、2号和3号变电所低压侧并网， 负荷范围为地下站站房。当10kV外电源停电、缺相、电压或频率超出范围，或同一变电所两台变压器同时故障时，从变电所的自动互投开关ATS处取柴油发电机的延时启动信号至柴油发电机房，信号延时5s自动启动柴油发电机组，柴油发电机组10s内达到而定转速、电压、频率后，投入额定负载运行。当外电恢复50s后，由ATS自动恢复外电供电，柴油发电机组经冷却延时后，自动停机。柴油发电机配电示意图如图2。

4 地下站动力设备供电

城际铁路地下车站与高铁和城际地上（地面）车站相比，比较大的区别在于地下车站有大量的环控通风、排风排烟、冷水机组及冷冻水泵等设备，这些设备主要特点是大容量负荷相对集中、小容量负荷较为分散，因而地下站具有其独特的供配电方式。

4.1环控设备配电系统

车站环控设备由环控电控室集中供电和控制，每个环控电控室设有环控一级母线和环控二级母线，分别给环控一级和环控二级负荷供电，冷源系统由变电所三级母线供电至其配电柜。环控一级采用双电源切换系统进线。左端、中部和右端环控电控室各设有一面控制柜用来设置PLC及触摸屏。

由环控电控柜引出环控风机、排烟风机等设备控制箱。

冷水泵由于容量较大且属于三级负荷，由变电所三级母线供电至其配电柜。

对于有变频要求的设备采用变频控制。

4.2给排水系统

各类水泵按照负荷等级的配电要求从变电所馈线至设备所在处的电源箱控制箱。

4.3车站主要设备配电系统

通信系统、信号系统、自动售检票系统、FAS系统、BAS系统、变电所自用电等重要负荷双回路直接取自变电所不同的0.4kV母线，并自成系统供电。

5 防雷接地

按照相关规范和其它系统的接地要求，地下站采用了综合接地系统， 接地电阻不大于0.5Ω。

5.1 防雷接地

利用GTC金属屋面做接闪器， 建筑结构钢筋网作为引下线，利用地下站结构设置的抗拔桩作为站房接地极（不设置人工接地极）。

5.2 系统接地

10kV系统采用了小电阻接地形式，站房内0.4kV低压系统采用TN-S接地形式。所有带电设备的金属外壳、地下金属管线均与接地网相连通， 灯具也要求接PE线保护。

变配电所及环控电控室、低压配电室应在房间内敷设接地扁钢，并采用黄绿涂装，底边距地20cm，经过门处应采用扁钢暗敷在装修层内，并用双回电缆连接至局部等电位箱LEB。

通信、信号、信息等系统设备接地，按相关规范、规程要求分别接入综合接地系统。

6 结论

目前建成使用城际铁路的地下车站较少，由于车站规模也不同，供配电实施方案各不相同，特别是针对消防负荷的供电方式，设计方案多样。但目前城际铁路地下车站供配电设计并没有特别适合的规范可以采用。因此，在现有规范的基础上参考《地铁设计规范》（GB50157-2013），根据通信、信号、信息、电扶梯、屏蔽门、环控通风、给水消防等设备，设计研究制定了合理、经济的供配电方案。

（1）地下站电力供应以外部电力系统供电为主，在地下站设置了1座10kV配电所、变电所3座；应急电源系统采用柴油发电机组和EPS相结合的方式。

（2）采用柴油发电机组和EPS结合的供电方式，既可以达到市电失电后的相应时间，又能满足特殊情况时长时间供电的要求 。

（3）由于城际铁路地下车站规模高于普通地铁，设备较多、容量较大，环控通风设备主要采用环控电控柜配电，大容量的冷源设备采用变电所直接配电至设备控制柜。

参考文献

[1]GB 50052-2009，供配电系统设计规范[S].

[2]GB 50053-1994，10kV及以下变电所设计规范[S].

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[4]TB 10008-2006/J660-2007，铁路电力设计规范[S].

[5]JGJ 16-2008，民用建筑电气设计规范[S].

[6]GB 50157-2003，地铁设计规范[S].endprint