城市軌道交通換乘站變電所的布置方案

魏海洋 楊 慶

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，300251，天津∥第一作者，高級(jí)工程師)

隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化的快速發(fā)展，換乘站越來(lái)越多。換乘站按土建模式一般分為垂直交叉、平行交織、通道聯(lián)絡(luò)等多種方式，具體可分為站廳站臺(tái)十字垂直換乘、站廳共享站臺(tái)分設(shè)換乘、站廳站臺(tái)分設(shè)通道換乘、混合換乘等基本型式。隨著各種類型換乘車站的逐步建成，如何對(duì)換乘車站變電所進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，使其既能滿足供電功能的要求，又能技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理且運(yùn)營(yíng)靈活方便，已成為城市軌道交通建設(shè)值得研究解決的重要課題。

1 換乘站變電所布置方案

為了方案研究的通用性和代表性，筆者結(jié)合沈陽(yáng)地鐵工程1號(hào)線、2號(hào)線青年大街十字換乘站為例，對(duì)變電所的布置方式進(jìn)行分析研究。

青年大街站為沈陽(yáng)地鐵1、2號(hào)線上側(cè)下島式兩層十字垂直換乘車站，通過(guò)換乘通道及站臺(tái)樓梯換乘。1號(hào)線本站為雙層島式車站，地下一層為站廳層，地下二層為站臺(tái)層;2號(hào)線本站為雙層側(cè)式車站，地下一層為站臺(tái)層，地下二層為1、2號(hào)線合用的設(shè)備層。青年大街站地下平面布置如圖1和圖2所示。

圖2 青年大街站地下二層平面圖

根據(jù)青年大街站建筑平面特點(diǎn)，結(jié)合青年大街站1、2號(hào)線土建一次性建成，2條線運(yùn)營(yíng)相差1年等因素，經(jīng)綜合分析研究，共有3種變電所的布置方案可供選擇。

1.1 合并式布置方案

該方案將青年大街站1、2號(hào)線的變電所完全合建在一起。所有的變電所設(shè)備，如高壓柜、變壓器、低壓柜、交直流屏及信號(hào)屏等都共用一套，即高低壓設(shè)備全集成共享。由1個(gè)變電所為1、2號(hào)線2座車站全范圍進(jìn)行供電。變電所具體的布置方式如圖3所示。

合并式布置方案有以下優(yōu)點(diǎn):

1)經(jīng)濟(jì)性好——高壓柜共7臺(tái)(2臺(tái)進(jìn)線、2臺(tái)出線、2臺(tái)饋線、1臺(tái)母聯(lián))，變壓器共2臺(tái)(2×2500 kVA)，低壓柜共41臺(tái)，交直流屏及信號(hào)屏各1套。設(shè)備投資共計(jì)600萬(wàn)元。

2)占地面積小——整個(gè)車站的供電設(shè)備集中設(shè)置在一處，設(shè)備房屋布置簡(jiǎn)潔;由于設(shè)備數(shù)量最少，房屋面積只有480 m2，可降低土建造價(jià)，設(shè)計(jì)時(shí)房屋的布置配合也比較容易。

圖3 合并式變電所布置方案

3)運(yùn)營(yíng)檢修方便——1個(gè)變電所1套設(shè)備，可以安排1組檢維修人員進(jìn)行日常的設(shè)備維護(hù)。

但合并式布置也存在一定的劣勢(shì):

1)由于1個(gè)變電所的低壓柜數(shù)量較多，出現(xiàn)故障的機(jī)率也就大幅增加，較大程度上降低了變電所本身供電的可靠性。

2)換乘站實(shí)際上是2條線的2座車站，但本方案35 kV高壓進(jìn)線電源只來(lái)自于1號(hào)線主變電所，如果高壓進(jìn)線和高低壓電氣設(shè)備出現(xiàn)故障，兩站沒(méi)有相互備用機(jī)制，則事故波及面大。

3)由于換乘站一般是客流聚集的車站，若有電氣故障發(fā)生，影響乘客數(shù)量多。

4)控制中心的電力監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(PSCADA)只能監(jiān)測(cè)到1座車站的數(shù)據(jù)，若2條線分屬2個(gè)不同的運(yùn)營(yíng)公司，則電力調(diào)度不方便。

1.2 分設(shè)式布置方案

該方案將本站1、2號(hào)線的變電所完全分設(shè)。所有的變電所設(shè)備，如高壓柜、變壓器、低壓柜、交直流屏及信號(hào)屏都各用1套，即高低壓設(shè)備皆不共享。2個(gè)變電所為各自范圍內(nèi)的2座車站進(jìn)行供電。變電所具體的布置方式如圖4所示。

圖4 分設(shè)式變電所布置方案

分設(shè)式布置方案有以下優(yōu)點(diǎn):

1)可靠性高——由于換乘站2個(gè)變電所的35 kV高壓進(jìn)線共有4路電源，同時(shí)發(fā)生故障的概率可以忽略。當(dāng)其中1座車站35 kV高壓進(jìn)線電源出現(xiàn)問(wèn)題或高低壓電氣設(shè)備出現(xiàn)故障需要斷電檢修，另1座車站變電所就可以對(duì)其支援，這樣事故的波及面不會(huì)太大，不至于引起乘客恐慌。

2)電力調(diào)度靈活方便——控制中心的PSCADA對(duì)兩站變電所數(shù)據(jù)分別進(jìn)行監(jiān)控，這對(duì)運(yùn)營(yíng)公司來(lái)說(shuō)，電力調(diào)度不受技術(shù)制約而十分靈活方便。

但分設(shè)式布置方案也存在一定的劣勢(shì):

1)經(jīng)濟(jì)性差——高壓柜共14臺(tái)(4臺(tái)進(jìn)線、4臺(tái)出線、4臺(tái)饋線、2臺(tái)母聯(lián))，變壓器共4臺(tái)(2×1600 kVA+2×1000 kVA)，低壓柜共46臺(tái)，交直流屏及信號(hào)屏各2套。設(shè)備投資共計(jì)860萬(wàn)元。

2)占地面積最大——2座車站的供電設(shè)備分別設(shè)置，由于設(shè)備數(shù)量多，2個(gè)變電所房屋面積共需要630 m2，增加了土建造價(jià)。2個(gè)變電所房屋都比較大，設(shè)計(jì)時(shí)房屋的布置配合也比較困難。

1.3 跟隨式布置方案

該方案將本站1、2號(hào)線的變電所部分合建在一起，除高壓柜共用外，其他變電所設(shè)備，如變壓器、低壓柜、交直流屏及信號(hào)屏等都共用1套。即高壓設(shè)備集成共享，低壓設(shè)備不共享。2個(gè)變電所為各自范圍內(nèi)的2座車站進(jìn)行供電。其變電所具體的布置方式如圖5所示。

跟隨式布置方案兼顧了合并式與分設(shè)式的特點(diǎn):

1)經(jīng)濟(jì)性較好——高壓柜共13臺(tái)(2臺(tái)進(jìn)線、2臺(tái)出線、4臺(tái)饋線、1臺(tái)母聯(lián)、4臺(tái)隔離提升)，變壓器共4臺(tái)(2×1600 kVA+2×1000 kVA)，低壓柜共46臺(tái)，交直流屏及信號(hào)屏各2套。設(shè)備投資共計(jì)750萬(wàn)元。

2)占地面積較小——2座車站的供電設(shè)備分別設(shè)置，由于減少了3臺(tái)高壓柜，2個(gè)變電所房屋面積共需要590 m2。

圖5 跟隨式變電所布置方案

3)可靠性較高——一般高壓進(jìn)線電源和高壓柜設(shè)備的故障率比較低，當(dāng)其中1座車站變壓器及低壓柜出現(xiàn)故障需要斷電檢修，另1座車站變電所不受影響，可以正常供電，這樣事故的波及面不會(huì)太大，不至于引起乘客恐慌。

4)電力調(diào)度較方便——控制中心的PSCADA對(duì)2站變電所高壓數(shù)據(jù)共享，對(duì)低壓數(shù)據(jù)分別監(jiān)控，這對(duì)運(yùn)營(yíng)公司來(lái)說(shuō)，進(jìn)行電力調(diào)度比較方便。

2 綜合分析

綜上所述，在城市軌道交通換乘站的變電所布置中，一般可采用合并式、分設(shè)式、跟隨式等3種變電所布置方案。其綜合性能見(jiàn)表1。從表1可知，這3種變電所的布置方式都能滿足換乘站對(duì)供電的功能要求。從專業(yè)技術(shù)角度而言，合并式經(jīng)濟(jì)性好，分設(shè)式運(yùn)營(yíng)靈活，跟隨式性價(jià)比最高，故各具特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

表1 換乘站變電所布置方案性能比較表

通過(guò)筆者對(duì)換乘站的分析研究，對(duì)于平行換乘的車站，由于2座車站形同1座大型車站而聯(lián)系緊密，建議優(yōu)先采用合并式變電所方案，其電氣設(shè)備少、占地規(guī)模小、經(jīng)濟(jì)效益較優(yōu);對(duì)于十字垂直換乘的換乘站，由于2座車站聯(lián)系比較緊密可以優(yōu)先采用跟隨式變電所方案，以盡量減少設(shè)備和占地規(guī)模，同時(shí)兼顧了運(yùn)營(yíng)的靈活性;對(duì)于通過(guò)通道換乘的換乘站，由于2座車站只是物理上的聯(lián)通，功能聯(lián)系比較少，建議選擇分設(shè)式變電所方案。本文中的青年大街十字式換乘站變電所布置方案在最終實(shí)施時(shí)采用的是跟隨式變電所方案。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，換乘站型式也日益復(fù)雜，加上其他因素，如投資主體不同、運(yùn)營(yíng)管理單位的不同等，這也都會(huì)影響變電所方案的選擇。所以，在設(shè)計(jì)中還要結(jié)合各自工程的特點(diǎn)，因地制宜、綜合各種因素進(jìn)行分析研究，而最終決定選擇變電所的布置方案。

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