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地鐵變配電系統(tǒng)工程設(shè)計摘要:本文針對地鐵變配電系統(tǒng)工程,詳細(xì)論述了地鐵降壓變電所的主接線和運(yùn)行方式、繼電保護(hù)、測量與計量等,以及低壓配電系統(tǒng)和照明配電系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)。關(guān)鍵詞:地鐵變配電系統(tǒng)工程設(shè)計1引言地鐵車站一般分為地下二層,地下一層稱為站廳層,地下二層稱為站臺層,每層均分為公共區(qū)和兩端的設(shè)備區(qū)。公共區(qū)是乘客購票、乘車的區(qū)域,設(shè)備區(qū)則是各種專業(yè)的設(shè)備機(jī)房,如BAS、FAS、AFC(自動售檢票)、通信、信號、泵房、氣體滅火、照明配電室、環(huán)控機(jī)房、環(huán)控電控室、牽引/降壓變電所、蓄電池室、屏蔽門管理室、車站控制室等。上海軌道交通明珠線二期工程共設(shè)17座地下車站和1座地面車輛段,線路全長22公里,與明珠線一期工程的中段連接,構(gòu)成環(huán)線。明珠線二期工程供電系統(tǒng)采用集中供電的110/35/10kV三級電壓供電方式,由主變電所、牽引供電系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)和電力SCADA系統(tǒng)組成。全線設(shè)兩座110/35/10kV主變電所,向牽引供電系統(tǒng)(35kV)和變配電系統(tǒng)(10kV)供電。由于地鐵牽引、車站動力多為一級負(fù)荷,因此每座主變電所均由城市電網(wǎng)提供兩回獨立電源。變配電系統(tǒng)由10/0.4kV降壓變電所、低壓配電系統(tǒng)與照明配電系統(tǒng)組成。降壓變電所在規(guī)模較大的車站設(shè)置二座,以車站中心為界,每座變電所各提供半個車站和單側(cè)相鄰半個區(qū)間的負(fù)荷用電。而規(guī)模較小的車站則設(shè)置一座,提供整個車站和兩側(cè)相鄰半個區(qū)間的負(fù)荷用電。2地鐵降壓變電所設(shè)計21主接線全線的降壓變電所被分成若干個供電分區(qū),每一個供電分區(qū)均從主變電所的35/10kV主變壓器,就近引入兩路10kV電源。在各供電分區(qū)設(shè)有網(wǎng)絡(luò)開關(guān),正常運(yùn)行時該開關(guān)分?jǐn)?,形?0kV開口雙環(huán)網(wǎng)絡(luò)供電形式。每座降壓變電所的兩路電源分別由主變電所或相鄰降壓變電所10kV不同母線引入,接至兩段母線,同時在降壓變電所的每段母線設(shè)一路出線電源,向相鄰降壓變電所供電。降壓變電所10kV側(cè)接線采用單母線分段型式,設(shè)置母聯(lián)斷路器。降壓變電所設(shè)兩臺10/0.4kV動力變壓器,分別接自不同10kV母線上。變壓器容量的容量滿足一臺退出運(yùn)行時,另一臺能負(fù)擔(dān)遠(yuǎn)期的一、二級負(fù)荷。圖一為降壓變電所的主接線。圖一降壓變電所的主接線22運(yùn)行方式正常運(yùn)行時,兩路10kV進(jìn)線電源分別向兩段母線供電,母聯(lián)斷路器打開,兩段母線分段運(yùn)行。當(dāng)一段母線進(jìn)線電源失電時,進(jìn)線斷路器分閘,母聯(lián)斷路器自動合閘。低壓母線為單母線分段運(yùn)行方式,當(dāng)一路電源故障時,母聯(lián)分段開關(guān)自投,由另一路電源電源供一、二級負(fù)荷用電。23控制、繼電保護(hù)和自動裝置(1)控制降壓變電所10kV斷路器采用SCADA遠(yuǎn)動控制、變電所集中控制和就地控制;0.4kV進(jìn)線、母聯(lián)斷路器和三級負(fù)荷總開關(guān)采用SCADA遠(yuǎn)動控制和就地控制;自動扶梯饋線開關(guān)帶分勵脫扣器,分勵按鈕與FAS系統(tǒng)輸出繼電器的常開接點并聯(lián),以實現(xiàn)火災(zāi)情況下FAS系統(tǒng)可將其斷開。(2)繼電保護(hù)繼電保護(hù)要滿足可靠性、選擇性、靈敏性、速動性要求,并力求簡化保護(hù)配置;供電系統(tǒng)各級保護(hù)應(yīng)考慮配合關(guān)系。降壓變電所10kV系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置采用微機(jī)型綜合保護(hù)測控單元,實現(xiàn)保護(hù)、測量、信息采集與控制、開關(guān)間的聯(lián)鎖與聯(lián)動、通信等功能,通過光纖以太網(wǎng)絡(luò)接口接入全所綜合自動化系統(tǒng)并上傳至控制中心,保護(hù)功能具有獨立性,不依賴于網(wǎng)絡(luò)。具體保護(hù)配置如下:10kV進(jìn)、出線線路差動保護(hù)、過電流保護(hù)、零序電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、低電壓保護(hù)10kV母聯(lián)限時電流速斷保護(hù)、零序電流保護(hù)動力變壓器電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、零序電流保護(hù)、溫度保護(hù)(變壓器內(nèi)部保護(hù))、過電壓保護(hù)、低電壓保護(hù)0.4kV低壓進(jìn)線柜、母聯(lián)柜和環(huán)控一、二、三級負(fù)荷饋電柜均設(shè)過載、短路瞬時、短路延時及接地保護(hù),其他低壓柜設(shè)過載、短路瞬時及接地保護(hù)。(3)自動裝置10kV、0.4kV母聯(lián)斷路器設(shè)置自動投入裝置/功能,自投功能可在當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)方進(jìn)行投入/退出。交流所用電母聯(lián)斷路器設(shè)置自動投入、進(jìn)線設(shè)來電自復(fù)功能。直流所用電的兩路交流進(jìn)線設(shè)置自動投入功能。24測量和計量變電所的所有測量和計量均在開關(guān)柜當(dāng)?shù)仫@示并通過變電所綜合自動化系統(tǒng)將主要數(shù)據(jù)送到控制中心,具體設(shè)置如下:10kV進(jìn)/出線電流、10kV母線電壓、動力變壓器一次側(cè)電流/有功功率/有功電度、動力變壓器二次側(cè)電流、0.4kV母線電壓、0.4kV饋線電流、交流所用電系統(tǒng)進(jìn)線電流及母線電壓、直流所用電系統(tǒng)母線電壓。25功率因素補(bǔ)償變電所采用低壓集中自動補(bǔ)償方式,每段0.4kV母線上裝設(shè)電容自動補(bǔ)償裝置,對系統(tǒng)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償,使補(bǔ)償后的功率因數(shù)大于0.9。26所用電系統(tǒng)(1)交流所用電系統(tǒng)由降壓變電所所0.4kV兩段母線分別引入相互獨立的兩路電源,作為交流所用電系統(tǒng)的進(jìn)線電源,兩路電源互為備用。交流所用電系統(tǒng)采用單母線分段接線型式,供全所交流所用電負(fù)荷。(2)直流所用電系統(tǒng)用于提供降壓變電所控制、操作、繼保電源及事故照明電源。正常運(yùn)行時,充電單元負(fù)責(zé)全所直流用電,蓄電池在浮充電狀態(tài)。交流失電后,變電所內(nèi)的蓄電池組容量應(yīng)保證所內(nèi)經(jīng)常性負(fù)荷、沖擊負(fù)荷、事故照明負(fù)荷停電1小時的放電容量及事故放電末期最大沖擊負(fù)荷容量(按4臺斷路器同時動作考慮)的要求。直流系統(tǒng)操作電壓為DC220V,采用高頻開關(guān)電源。27過電壓保護(hù)供電系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會遭受暫態(tài)過電壓、操作過電壓、雷電過電壓的侵襲,使設(shè)備絕緣直接破壞或不斷劣化,最終引發(fā)事故。過電壓保護(hù)裝置可有效限制過電壓水平,保護(hù)重要設(shè)備。過電壓保護(hù)屬于系統(tǒng)范疇,體現(xiàn)在供電系統(tǒng)中可能遭受過電壓的各個環(huán)節(jié),降壓變電所作為供電系統(tǒng)的主要組成部分應(yīng)采取如下過電壓保護(hù)措施:(1)變電所每段10kV母線對地間設(shè)置一臺避雷器,位于地面的變電所房屋(如車輛段)按建筑物防雷規(guī)定設(shè)置避雷帶或避雷針。(2)在動力變壓器0.4kV側(cè)和向重要設(shè)備供電的末端配電箱(BAS、FAS、AFC、通信、信號等)的各相母線上,裝設(shè)電涌保護(hù)器(SPD)。28防雷與接地考慮雷電過電壓下的絕緣配合合理,受避雷器保護(hù)的設(shè)備,其額定雷電沖擊耐受電壓應(yīng)不低于避雷器的雷電沖擊保護(hù)電壓乘以配合因數(shù)Kc,一般取Kc1.4。10kV系統(tǒng)經(jīng)小電阻接地,0.4kV系統(tǒng)采用TN-S接地系統(tǒng)。地鐵車站設(shè)置綜合接地網(wǎng),接地網(wǎng)的接地電阻小于0.5,降壓變電所內(nèi)做局部等電位連接。3低壓配電系統(tǒng)設(shè)計31負(fù)荷分類車站動力、照明負(fù)荷按其重要性,分為一、二級及三級負(fù)荷。一級負(fù)荷由降壓變電所一、二段母線各提供一路電源供電并在末端自投,以實現(xiàn)不間斷供電,如BAS、FAS、AFC、通信、信號、屏蔽門、消防泵、噴淋泵、廢水泵、交/直流盤、氣體滅火、環(huán)控電控室一、二段母線等。二級負(fù)荷由降壓變電所一段或二段母線提供一路電源,在變電所處切換,必要時可以切除,如污水泵、雨水泵、自動扶梯、直升電梯、正常照明等。三級負(fù)荷由降壓變電所三級負(fù)荷母線提供一路電源,當(dāng)變電所只有一路電源時必須切除,如廣告照明、冷水機(jī)組、環(huán)控電控室三段母線等。32環(huán)控電控室由于位于地下,地鐵車站的通風(fēng)和空調(diào)設(shè)備數(shù)量多、容量大,故在其較為集中的站廳層兩端設(shè)置環(huán)控電控室,以便于集中供電和控制。冷水機(jī)組雖屬空調(diào)設(shè)備,因其容量太大(一般在100kW以上),其電源直接由降壓變電所三級負(fù)荷母線提供。環(huán)控電控室一、二段母線進(jìn)線柜由降壓變電所一、二段母線各提供一路電源,設(shè)置ATS電源自動轉(zhuǎn)換系統(tǒng),具有自投自復(fù)功能。三段母線由降壓變電所三級負(fù)荷母線提供一路電源。除暖風(fēng)機(jī)、冷卻水泵、冷凍水泵和冷卻塔接至三段母線外,其余通風(fēng)和空調(diào)設(shè)備均接至一段或二段母線。一、二段母線進(jìn)線柜設(shè)過載、短路、接地保護(hù),進(jìn)線斷路器設(shè)置帶延時的失壓脫扣器(延時范圍03S);三段母線進(jìn)線柜設(shè)過載、短路瞬時、接地保護(hù)。環(huán)控電控室低壓開關(guān)為就地控制。環(huán)控電控室進(jìn)線柜的保護(hù)整定,應(yīng)與降壓變電所低壓斷路器配合,防止越級跳閘。環(huán)控用電設(shè)備均采用就地、環(huán)控電控室和車站控制室三級控制。33配電線路車站動力、照明設(shè)備配電回路由降壓變電所或環(huán)控電控室采用放射式方式供電,區(qū)間動力、照明設(shè)備配電回路由降壓變電所采用樹干式方式供電。低壓配電回路均使用電纜或電線,一級負(fù)荷以及應(yīng)急照明采用低煙無鹵耐火電纜、電線,二、三級負(fù)荷采用低煙無鹵阻燃電纜、電線,消防設(shè)備回路采用礦物絕緣電纜。電纜額定電壓不低于1kV,電線額定電壓不低于500V;電纜、電線截面按持續(xù)載流量選擇,并校驗其末端電壓水平(允許偏差為5%)。4照明配電系統(tǒng)設(shè)計41照明分類地鐵照明由站廳/站臺照明、房間照明、區(qū)間照明、應(yīng)急照明(包括誘導(dǎo)標(biāo)志)、出入口照明和廣告照明等組成。車站和區(qū)間應(yīng)急照明為一級負(fù)荷,站廳/站臺照明、房間照明、區(qū)間工作照明、出入口照明為二級負(fù)荷,廣告照明為三級負(fù)荷。(1)照度標(biāo)準(zhǔn)1)照度標(biāo)準(zhǔn)類別照度標(biāo)準(zhǔn)值(lx)低中高計算機(jī)房、變電所控制室、售票室、檢票處150200300站廳、站臺、辦公室100150200通道、樓梯、自動扶梯、休息室、值班室75100150設(shè)備室、機(jī)房、出入口門廳5075100衛(wèi)生間203050道岔區(qū)51015隧道、風(fēng)道235(2)正常情況下照度均勻度不宜低于0.7。(3)直接眩光限值質(zhì)量等級:控制室、值班室、車控室等房間為級,站廳、站臺、通道、辦公室、休息室等場所為級,其余場所為級。(4)光源色表:休息室、衛(wèi)生間、設(shè)備機(jī)房等房間為暖色、站廳、站臺、通道、辦公室等場所為中間色,控制室、值班室、車控室等房間為冷色。(5)顯色指數(shù):控制室、值班室、車控室等房間Ra80,站廳、站臺、辦公室、休息室等場所60Ra80,通信、信號、無線傳輸機(jī)房等房間40Ra60,變電所設(shè)備間、風(fēng)機(jī)房等房間Ra40。(6)照明設(shè)計與車站裝飾有著非常密切的關(guān)系,應(yīng)該相互配合,在使用功能和藝術(shù)意境等方面取得統(tǒng)一。42照明電源設(shè)計(1)交流電源車站各類照明配電箱集中布置于站廳、站臺層兩端的照明配電室,由降壓變電所0.4kV不同母線段分別引來;區(qū)間照明配電箱分布于區(qū)間,由降壓變電所0.4kV不同母線段分別引至上、下行。照明配電箱饋線分區(qū)域供電。(2)直流應(yīng)急電源車站及區(qū)間應(yīng)急照明電源由降壓變電所直流電源裝置供電,其容量滿足60min事故情況下疏散人員的需要。(3)安全工作照明電源站臺板下電纜通道設(shè)安全工作照明,由設(shè)于站臺層照明配電室內(nèi)的220/36V電源變壓器供電,電源變壓器由站臺
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