潘元欣

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

1 概述

廣深地區(qū)某線因站間距較短、部分含有配線的車站具有可開發(fā)空間特點，利用車站多余空間角落等待重新回填可做蓄冷密度水池有利條件，環(huán)控專業(yè)研究認(rèn)為分站供冷蓄冷水池相對較小，不利于提高蓄冷水池的容積效率，故在合理的供冷半徑范圍內(nèi)采用集中水蓄冷方案可行。集中冷站采用大溫差蓄冷和供冷系統(tǒng)，通過優(yōu)化工藝運行方案，實現(xiàn)在低電價時期進(jìn)行蓄冷，高電價時期盡量由蓄冷水池獨立供冷，提供本站、兩端相鄰4個車站及區(qū)間市政配套空間的冷源，針對不同工況下的設(shè)備運行情況，筆者就地下車站集中冷站配電方案做以下討論。

2 環(huán)控工藝簡介

根據(jù)環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計，集中冷站除設(shè)置蓄冷水池，還有冷水機組，以及相應(yīng)的蓄冷泵、放冷泵、冷凍泵、冷卻水泵、一次冷凍水泵、二次冷凍水泵及冷卻塔等設(shè)備。由于采用集中供冷方式，各供冷分站的揚程阻力不同，全空調(diào)系統(tǒng)采用二次泵系統(tǒng)，一次冷凍泵主要是機房側(cè)設(shè)備運行，基本采用定流量系統(tǒng)，二次冷凍泵用于末端側(cè)設(shè)備運行，采用變流量變頻系統(tǒng)。工藝根據(jù)不同季節(jié)、不同時段調(diào)節(jié)設(shè)備運行方案，不同工況下的設(shè)備開啟臺數(shù)及設(shè)備安裝容量見表1。由表1可以看出，最大運行方式出現(xiàn)在100%工況下第1種情況，約為每年6～9月份，晚上3臺冷水機組及輔機均開啟，邊蓄冷邊供冷，使主機始終保持高效運行，實現(xiàn)最大供冷量;集中冷站的最小運行方式出現(xiàn)在每年1～2月份，約為25%工況，蓄冷水池獨立供冷;除滿足最大、最小運行方式外，工藝還要求事故情況下蓄冷池及主機聯(lián)合供冷，1臺冷水機組開啟，蓄冷池提供最大供冷量通過釋冷泵和板式換熱器實現(xiàn)。

3 集中冷站供配電設(shè)計

3.1 負(fù)荷分級

根據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB50157—2003)14.5.1條第3款相關(guān)規(guī)定，在地下標(biāo)準(zhǔn)車站設(shè)計中冷水機組及輔機通常按三級負(fù)荷考慮，事故情況予以切除。由于地鐵車站屬人員集中的重要公共場所，且與該站相鄰車站為人員密集的換乘站，區(qū)間市政配套空間冷源也由該冷站提供，若集中冷站設(shè)備中斷供電將會造成地下車站特別是換乘站的秩序混亂，根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(GB50052—2009)3.0.1條第3款，該站的集中冷站設(shè)備按二級負(fù)荷考慮。

3.2 配電方式選擇

集中冷站作為二級負(fù)荷，冷水機組單臺設(shè)備容量較大且運行工況具有較明顯的季節(jié)性變化特點，根據(jù)車站建筑條件，分別設(shè)置車站集中冷站專用跟隨所和環(huán)控電控室，跟隨所內(nèi)設(shè)置2臺變壓器，由車站兩路高壓回路分別供電，跟隨所低壓系統(tǒng)采用單母線分段運行。正常情況下，2臺變壓器同時運行，母線分段斷路器斷開，當(dāng)一臺變壓器故障或停電時，切除2臺冷水機組及其連鎖設(shè)備，母線分段斷路器投入，由另一臺變壓器向一臺冷水機組及其連鎖設(shè)備供電，冷水機組由跟隨所低壓配電柜單路放射式供電。集中冷站各配套輔機與相應(yīng)的冷水機組都是作為一個完整的工藝系統(tǒng)需協(xié)調(diào)運行，冷凍機組成套設(shè)備自帶控制單元，在不同工藝運行模式下調(diào)整輔機的數(shù)量，以蓄冷池、主機聯(lián)合供冷工況為例，開機順序:冷卻泵→冷卻塔風(fēng)機→模式蝶閥→釋冷泵→一次冷凍泵→二次冷凍泵→冷水機組，停機順序與開機順序完全相反，可以看出冷水機組啟動前的任何一個輔機環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，冷水機組將無法正常工作，因此輔機設(shè)備的配電亦按二級負(fù)荷考慮。與冷水機組供電方式不同，輔機由集中冷站環(huán)控電控室電控柜配電，增加了環(huán)控室配電級數(shù)，因此在環(huán)控室設(shè)置了3段二級母線段，由跟隨所兩段低壓母線分別引入主、備用電源，母線段的電源進(jìn)線開關(guān)自動切換后單回路引至輔機設(shè)備。各母線段負(fù)荷分配情況見表2，其中第Ⅲ段二級母線配電是按故障情況下的一臺冷水機組及輔機運行要求并且做到各級開關(guān)的投切次數(shù)最少設(shè)計。如果第Ⅲ段二級母線出現(xiàn)故障或由該母線配電的某一輔機出現(xiàn)故障，冷水機組的控制單元可按預(yù)先設(shè)定的工作模式調(diào)整為1號或2號冷水機組及其他2段母線所對應(yīng)的輔機運行;如果2號變壓器出現(xiàn)故障可通過跟隨所母線分段斷路器合閘調(diào)整到1號變壓器供電。跟隨所及環(huán)控電控室低壓配電主接線系統(tǒng)如圖1所示。

3.3 負(fù)荷計算

根據(jù)表1設(shè)備運行工況，分別以100%工況下第1種情況、75%工況下的第4種運行方式及25%工況下的第2種運行方式分別進(jìn)行負(fù)荷計算，據(jù)此進(jìn)一步討論供電電源正常和事故情況下供配電方案。集中冷站環(huán)控室不同工藝情況下集中冷站電控室各段二級母線負(fù)荷分配情況見表2。

表2 集中冷站環(huán)控室二級負(fù)荷母線負(fù)荷分配

正常情況下跟隨所變壓器負(fù)荷計算見表3，事故情況下跟隨所變壓器負(fù)荷計算見表4。

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表4 事故情況下跟隨所單臺變壓器負(fù)荷計算

通過以上負(fù)荷計算可以看出，由于冷水機組共3臺且單臺設(shè)備容量較大，特別是集中冷站采用專用變壓器供電方案，2臺變壓器負(fù)荷不易分配平衡，設(shè)計時既要考慮正常情況下2臺變壓器負(fù)荷分配情況，還要兼顧事故情況下工藝調(diào)整為1臺冷水機組及輔機運行工藝要求，盡量減少各級開關(guān)的投切次數(shù)，實現(xiàn)所有設(shè)備累計運行時間大致相同，根據(jù)季節(jié)變化調(diào)整冷水機組及輔機的運行模式，積累合理的工藝調(diào)整方案做到經(jīng)濟(jì)運行。

4 結(jié)語

在車站集中冷站供配電系統(tǒng)設(shè)計中，除了對設(shè)備負(fù)荷等級做出正確分級，還應(yīng)盡量詳盡了解設(shè)備工藝運行情況，需要對正常工作時可調(diào)節(jié)負(fù)荷的控制方案及效果做出較為合理判斷，變壓器的選擇及計算既要按用電設(shè)備的工作需要進(jìn)行，又有要考慮到運營后應(yīng)實現(xiàn)“平峰填谷”的節(jié)能效果，同時對于集中冷站這類季節(jié)性特征明顯的負(fù)荷，利用系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，采用不同的供配電方案，通過定時、定量控制提高電力使用效能，在供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障、一路電源缺失或2臺變壓器中的一臺出現(xiàn)故障必須保證二級負(fù)荷供電，使可調(diào)節(jié)負(fù)荷在滿足工藝要求下低功率運行，在正常情況下利用邊界參數(shù)計算保證設(shè)備的高負(fù)荷全運行，實現(xiàn)變壓器最高效率。

[1]GB50157—2003，地鐵設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB50054—1995 低壓配電設(shè)計規(guī)范[S].

[3]GB50054—1993 通用用電設(shè)備配電設(shè)計規(guī)范[S].

[4]JGJ16—2008 民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范[S].

[5]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部質(zhì)量安全監(jiān)司，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院.2009JSCS—5 全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施－電氣[Z].北京:2009.

[6]中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊[M].北京:中國電力出版社，2005.

[7]《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊》編委會.鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1996.