■ 秦嶺

大型鐵路客站電力安全供電技術(shù)

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根據(jù)新時期鐵路客站建設(shè)的“五性”原則要求，鐵路客站定位從單一的客運作業(yè)場所和“城市大門”向多元開放的“綜合交通換乘樞紐”轉(zhuǎn)化，并與所在城市或區(qū)域的交通規(guī)劃融為一體。大型鐵路客站功能復雜，地鐵、公交、長途客車等多種交通被引入站房或站區(qū)，并且具有24小時運營的特點。因此，鐵路客站尤其是大型鐵路客站，對供電安全性的需求一般高于機場等交通建筑或體育場館等公共建筑。研究大型鐵路客站供電安全的影響因素，確定其安全供電技術(shù)標準十分必要。

1 大型鐵路客站防災設(shè)計存在的問題

1.1 備用電源不能滿足長時間供電要求

大型鐵路客站一級負荷多，通常情況下均引入兩路可靠獨立電源。為滿足特別重要一級負荷的供電要求時，通常采用EPS和UPS作為備用電源。選擇備用電源供電時間，一般只考慮在火災工況下，滿足消防和人員疏散需要，通常不超過90min。

2008年1月中旬的雨雪冰凍災害，使南方部分地區(qū)電網(wǎng)垮塌，鐵路供電中斷。備用電源不能滿足長時間供電要求，鐵路沿線車站不得不臨時調(diào)集柴油發(fā)電機，為與行車指揮、客運專線鐵路運營管理密切相關(guān)的通信、信號、綜合調(diào)度系統(tǒng)等主要設(shè)備供電。

1.2 電源線路不能滿足災害天氣下安全供電要求

大型鐵路客站通常情況下均引入兩路可靠獨立電源，其電源線多為架空與電纜混合敷設(shè)方式，受冰雪及地質(zhì)災害影響較大，不能滿足災害天氣下安全供電的要求。

在2008年1月中旬的雨雪冰凍災害中，地方各類電壓等級的電力架空線路由于嚴重覆冰，桿塔傾覆、電力導線斷線等，造成與其交叉或鄰近的鐵路配電所電源線、10kV貫通線等鐵路電力線路倒桿、斷線，并引起短路、接地或斷路故障而斷電。嚴重覆冰的樹木傾覆，侵入鐵路配電所電源線、10kV自閉貫通線等，造成鐵路電力線路倒桿、斷線，并引起短路、接地或斷路故障而斷電。由于地方電網(wǎng)因災故障，引起鐵路電源線停電，造成鐵路配電所、變電所斷電。

1.3 防雷接地措施實施困難

大型鐵路客站功能越來越完善，體量也越來越龐大，為使旅客在通透舒適的環(huán)境候車和乘車，大跨距結(jié)構(gòu)層出不窮。同時，站房建筑美觀越來越受重視。由此引起防雷引下線間距不能滿足規(guī)范要求及屋面避雷帶設(shè)置困難等一系列問題。大型站房建設(shè)中所涉及的建筑物防雷接地問題是關(guān)系到人員設(shè)備安全，保證車站全天候安全運行的重大問題。

以武漢站為例，武漢站主體鋼結(jié)構(gòu)最大跨距達116m，地面層主體結(jié)構(gòu)南北向柱距最小為22m，最大為48m，大部分柱距為36m；東西向柱距平均為21.5m。如利用建筑物柱內(nèi)鋼筋作為引下線，則其間距不能滿足《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB50057-94）第二類防雷建筑物的標準。為滿足該規(guī)范要求而增加引下線數(shù)量，則需額外增加多余的結(jié)構(gòu)，影響建筑物流線及其美觀。同時，武漢站屋面為金屬屋面與非金屬屋面間隔布置，按常規(guī)設(shè)計需在高于金屬屋面的非金屬屋面部分單獨設(shè)置避雷針或避雷帶，否則對建筑造型有較大破壞；地鐵在站房地下層橫向穿過，帶來迷流問題。

1.4 大部分無電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

根據(jù)公安部消防局提供的《中國火災統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)顯示：2008年電氣火災事故居全部火災事故首位，且所占比重有上升趨勢，由電氣火災造成的損失也尤為慘重。目前，我國尚沒有關(guān)于電氣防火專門的行政法規(guī)，而許多發(fā)達國家都制定了電氣安全規(guī)范和電氣法規(guī)。

近期修訂出臺的相關(guān)規(guī)范標準《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50045-2005）和《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50016-2006）具有相應的條文，規(guī)定了一些重要場所設(shè)置漏電火災報警系統(tǒng)，從技術(shù)措施上預防和控制電氣火災事故發(fā)生。正在修訂的標準對于電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的工程應用要求正在逐步細化，如《火災自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》。由于上述規(guī)范均為近期內(nèi)修訂出臺，現(xiàn)有大型鐵路客站多數(shù)執(zhí)行舊版規(guī)范，大部分未安裝電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，無法對存在的電氣安全隱患進行探測和預防。

2 大型鐵路客站安全供電技術(shù)措施

2.1 供電方案

（1）外部電源選擇。大型鐵路客站外部電源采用兩路獨立電源，有條件時引入第三路獨立電源。應急照明、消防水泵、噴淋泵、消防電梯、排煙風機、消防控制室等消防用電，以及通信、信號、信息、BAS、FAS控制中心等重要負荷配電均采用雙電源末端切換。

（2）電源線路選擇。至少一路電源線路按電纜線路設(shè)計，其截面一般按經(jīng)濟電流密度選擇，主要按電壓損失校核，同時需考慮客站及鐵路周邊負荷的發(fā)展預留，以及滿足供電行業(yè)管理部門對末端用戶電源線路的統(tǒng)一要求。

（3）備用電源選擇。大型站房采用發(fā)電機組與蓄電池組相結(jié)合的備用電源方式，對相對集中的消防設(shè)備等負荷由發(fā)電機組提供備用電源，對相對分散的安全、應急照明采用經(jīng)兩路電源切換后的EPS供電，對通信、信號、信息等計算機設(shè)備則采用經(jīng)兩路電源切換后的UPS供電。

（4）備用電源容量。備用電源容量根據(jù)站房特別重要設(shè)備的負荷計算確定。為充分發(fā)揮柴油發(fā)電機組作為備用電源的優(yōu)點，克服蓄電池組作為備用電源受電池工作時間限制的缺點，在具體的設(shè)計中，宜將EPS，UPS，供電回路接到柴油發(fā)電機組母線上。

2.2 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置方案

根據(jù)不同站房的防火保護等級確定不同的設(shè)置方案。

一級保護對象（建筑高度超過50m或24m以上部分的任一樓層的建筑面積超過1000m2的站房及所有地下車站）設(shè)置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)要求：照明總配電箱（地下車庫除外）進線處應設(shè)置電氣火災探測器；站房內(nèi)人員密集場所配電箱進線處應設(shè)置電氣火災探測器；站房內(nèi)的地下商店（場）的配電箱進線處應設(shè)置電氣火災探測器。

二級保護對象（建筑高度不超過24m，設(shè)有空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的或每層建筑面積大于2000m2、但不超過3000m2的站房）設(shè)置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)要求：照明總配電箱（地下車庫除外）進線處宜設(shè)置電氣火災探測器；站房內(nèi)人員密集場所配電箱進線處宜設(shè)置電氣火災探測器；站房內(nèi)的地下商店（場）的配電箱進線處宜設(shè)置電氣火災探測器。

另外，電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的報警信號應設(shè)在消防控制室或有人值班的場所，應僅作用于報警，并可自成系統(tǒng)；當并入火災自動報警系統(tǒng)時，應采用獨立顯示器。選用的剩余電流探測器額定剩余報警電流，應不小于被保護電氣線路和設(shè)備的正常運行時泄漏電流最大值的2倍，且不大于1000 mA。

2.3 防雷接地方案

分析計算：雷擊車站架構(gòu)時，雷電流分布給站內(nèi)設(shè)備帶來的影響；各樓層接觸電勢與跨步電勢的大小，對人身設(shè)備安全的危害程度。針對各車站具體實際，建立客站接地模型，計算客站接地網(wǎng)的等效電阻、跨步電勢、接觸電勢、地表電位分布，從而得出當?shù)鼐W(wǎng)上出現(xiàn)雷電流時，對站房帶來的影響。根據(jù)上述分析計算，確定站房防雷接地措施是否滿足要求。

對于客站中地鐵站的雜散電流防治，可采取安裝絕緣墊，使用絕緣扣件等減小雜散電流外泄的措施以及對雜散電流影響嚴重部位采取陰極保護的方法來進行綜合治理。

站房跨度較大，使其電磁屏蔽效果減弱，因此，應采取隔離、鉗位、均壓、濾波、屏蔽、過壓、過流保護、接地等措施，在入侵通道上將雷電過電壓、電流瀉放入地，以加強建筑內(nèi)弱電設(shè)備的電磁保護。

以武漢站為例，說明防雷接地方案研究及確定的主要內(nèi)容和方法。

（1）主要內(nèi)容。結(jié)合不同車站建筑結(jié)構(gòu)特點，根據(jù)相關(guān)防雷標準規(guī)定，大型站房利用結(jié)構(gòu)鋼筋作為防雷接地引下線時，跨度不滿足規(guī)范要求，可能對屋面下的電氣設(shè)備及地面人員的跨步電勢與接觸電勢帶來影響。影響程度如何，需要通過仿真計算得出結(jié)論。

對大型站房建筑屋面使用非金屬材料，上方不安裝接閃器或金屬防雷網(wǎng)格的可行性進行研究，通過實驗室的縮比例雷擊放電試驗，求取非金屬屋面落雷密度分布和可接受的雷擊次數(shù)，提出是否可行結(jié)論。

通過對大型站房綜合地網(wǎng)的網(wǎng)格分布設(shè)計計算，提出滿足跨步電勢和接觸電勢的最低要求。重點研究當站房地網(wǎng)或直流地網(wǎng)上出現(xiàn)雷電流時對站房的影響。解決站房綜合接地與地鐵站接地系統(tǒng)配合等問題。

（2）主要研究方法。為分析雷擊建筑物時，雷電流在建筑物上產(chǎn)生的接觸電勢、跨步電勢及其內(nèi)部電磁環(huán)境對弱電設(shè)備產(chǎn)生的影響，國內(nèi)外主要采用電磁暫態(tài)計算和模擬實驗兩種方法進行研究，且主要研究直接雷擊時建筑物內(nèi)的暫態(tài)感應電流和磁場分布。

計算方面可采用電路法進行研究。將防雷保護系統(tǒng)按有損長線處理，按準靜態(tài)原則進行分段，每段導體以耦合π型集總參數(shù)電路來等效，將整個防雷保護系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為僅含RLC元件的等效網(wǎng)絡(luò)；根據(jù)基爾霍夫定律及支路特性建立電路方程；編制計算程序求解，得到建筑物鋼筋構(gòu)架上的電流分布，再根據(jù)電流分布求解空間電磁場。

3 災害條件下的應對機制

3.1 外部電源停電情況

當兩路外部電源均停電時，通過智能照明控制系統(tǒng)強啟應急照明及疏散指示標志，由EPS供電。廣播、售檢票等客服設(shè)施及通信設(shè)備由UPS供電。

15 s內(nèi)柴油發(fā)電機組自動啟動，柴油發(fā)電機組啟動后應急照明及疏散指示標志等轉(zhuǎn)由柴油發(fā)電機組供電，通過BAS系統(tǒng)切除三級負荷及部分二級負荷，柴油發(fā)電機組的容量選擇可保證部分扶梯等供電，確保車站在應急狀態(tài)下的運營。

運營管理單位需建立燃油儲備及運輸管理辦法，以確保在較長時間停電狀況下柴油發(fā)電機組用油能及時供應。

3.2 火災情況

火災時第一時間與鐵路和地方消防部門、上級主管部門電話匯報，并通過應急廣播通知、組織旅客有序疏散到安全地帶。通過BAS系統(tǒng)聯(lián)動切除非消防電源，通過智能照明控制系統(tǒng)強啟應急照明及疏散指示標志，通過IBP盤緊急釋放閘機及常閉防火門等。由消防聯(lián)動控制系統(tǒng)啟動消防泵組，并將公共區(qū)域廣播強切到消防控制中心控制。

當兩路外部電源均停電且同時發(fā)生火災的極端情況下，柴油發(fā)電機組自動啟動，且僅保證應急照明及疏散指示標志、消防泵、排煙風機、消防電梯等消防負荷用電。

3.3 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)報警

電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)報警時，對于非重要負荷回路，可以及時停電排查故障。對于重要負荷回路，應在24小時內(nèi)檢修天窗時間內(nèi)排查故障。

3.4 冰雪災害

加強車站電源線路的巡視工作，對于可能影響線路安全（主要是架空線）的情況需及時處理，以避免線路倒塌等帶來的停電故障。

[1]GB 50057-94 建筑物防雷設(shè)計規(guī)范[S]，2000

責任編輯王小紅

秦嶺：中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，高級工程師，湖北 武漢，430063