顧維麗 (中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司， 湖北 武漢 430064)

1 概述

蘇州市軌道交通4號線起于相城區(qū)蘇虞張路站，止于吳江市同津大道。主線全長42.022km，設(shè)車站31座，均為地下站；線路北端設(shè)置元和停車場、南端設(shè)松陵車輛段。軌道交通地下站的供配電系統(tǒng)(降壓變電所和動力照明系統(tǒng))是地鐵供電系統(tǒng)的重要組成部分。本文將主要闡述車站的動力照明設(shè)計原則、動力設(shè)備配電、照明配電、防雷接地與安全、主要設(shè)備和電線電纜選擇等主要設(shè)計內(nèi)容。

2 主要設(shè)計原則

2.1 負(fù)荷分類

軌道交通動力照明負(fù)荷按其不同用途、重要性或用電設(shè)備對供電可靠性的要求分為三級：

一級負(fù)荷：應(yīng)急照明、變電所操作電源、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)備、消防系統(tǒng)設(shè)備、地下站廳站臺公共區(qū)照明、地下區(qū)間照明、排煙系統(tǒng)用風(fēng)機及電動閥門、通信系統(tǒng)設(shè)備、信號系統(tǒng)設(shè)備、綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、自動售檢票系統(tǒng)設(shè)備、兼作疏散用的自動扶梯、屏蔽門、防護門、防淹門、廢水泵、雨水泵等及其他緊急情況(包括火災(zāi))時仍需運行的設(shè)備。其中應(yīng)急照明、變電所操作電源、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)備、通信系統(tǒng)設(shè)備、信號系統(tǒng)設(shè)備及綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備為特別重要負(fù)荷；

二級負(fù)荷：附屬房間照明、普通風(fēng)機、電梯、非疏散用自動扶梯、組合空調(diào)器、VRV系統(tǒng)，維修電源、污水泵等；

三級負(fù)荷：公共區(qū)及管理用房空調(diào)制冷及水系統(tǒng)設(shè)備(包括冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔及相關(guān)電動閥門)、廣告照明、電開水器、站內(nèi)小商鋪電源、清潔設(shè)備及電熱設(shè)備等。

2.2 不同級別負(fù)荷供電要求

軌道交通動力照明系統(tǒng)配電為滿足用電負(fù)荷的集中控制和管理，在車站站廳(或站臺)兩端緊鄰環(huán)控設(shè)備集中位置各設(shè)一處環(huán)控電控室，為排煙系統(tǒng)用風(fēng)機及電動閥門等環(huán)控設(shè)備集中供電；在站廳、站臺兩端各設(shè)一處照明配電室，設(shè)置以車站中心分界對應(yīng)區(qū)域的各類照明配電箱、應(yīng)急照明電源裝置及部分動力配電箱。

一級負(fù)荷配電方式：排煙系統(tǒng)用風(fēng)機及電動閥門等環(huán)控負(fù)荷由降壓變電所的0.4kV兩段一、二級負(fù)荷母線各引一路電源至環(huán)控電控室，環(huán)控柜電源采用單母線分段的供電方式。對于其他一級負(fù)荷設(shè)備由降壓變電所的0.4kV兩段一、二級負(fù)荷母線各引一路電源至設(shè)備處，在線路末端設(shè)備處設(shè)電源切換箱，兩路電源自動切換后供電，相鄰的一級負(fù)荷共用電源切換箱。一級負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷除采用雙電源切換供電外，還增設(shè)應(yīng)急電源裝置。應(yīng)急照明設(shè)置專用應(yīng)急照明電源裝置(EPS)作為備用電源。站廳、站臺公共區(qū)照明配電采用交叉供電的配電方式，由降壓變電所的0.4kV兩段一、二級負(fù)荷母線各負(fù)擔(dān)一半負(fù)荷。

二級負(fù)荷配電方式：由降壓變電所的0.4kV側(cè)一段或環(huán)控電控室的一、二級負(fù)荷母線饋出單回電源線路至設(shè)備的電源箱。

三級負(fù)荷配電方式：由降壓變電所的0.4kV三級負(fù)荷母線或照明配電室三級負(fù)荷動力配電箱引出單電源供電至設(shè)備；當(dāng)供電系統(tǒng)為非正常運行方式時，允許將其切除。

3 動力設(shè)備配電設(shè)計

動力照明配電系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、接線簡單，并具有一定的靈活性，且操作、維護管理方便。車站動力設(shè)備一般采用放射式配電方式，區(qū)間動力設(shè)備采用放射式和樹干式相結(jié)合的配電方式。

3.1 車站動力負(fù)荷分布特點

車站動力設(shè)備主要有設(shè)于車站兩端的大容量射流風(fēng)機、排熱風(fēng)機；設(shè)于環(huán)控機房的排風(fēng)/排煙風(fēng)機、回排風(fēng)機、新風(fēng)機、排風(fēng)機、組合式空調(diào)機組等；設(shè)于冷水機房的冷水機組及配套系統(tǒng)；分散設(shè)于站內(nèi)的通信、信號、監(jiān)控、空調(diào)、給排水、電梯、自動扶梯、自動售檢票及各種安全設(shè)備。動力設(shè)備配電設(shè)計針對地鐵車站的用電設(shè)備負(fù)荷級別、類型、運行特性及分布位置綜合考慮相應(yīng)配電方式。

3.2 通風(fēng)、空調(diào)設(shè)備配電方式

動力設(shè)備中的射流風(fēng)機、排熱風(fēng)機等環(huán)控設(shè)備由對應(yīng)端的環(huán)控電控室集中配電，環(huán)控電控柜主接線采用單母線分段、兩路電源同時運行的主接線方式。環(huán)控設(shè)備電源單回路取自環(huán)控電控室的一段母線。冷水機組供電由降壓變電所的0.4kV兩段三級負(fù)荷母線直接供給。一般環(huán)控設(shè)備采用直接起動方式，單臺電機設(shè)備容量≥75kW時采用軟起動方式，其余需變頻的設(shè)備采用變頻起動方式。

環(huán)控電控室的低壓開關(guān)柜采用智能開關(guān)柜，每個風(fēng)機回路采用1個電動機保護控制模塊，電動風(fēng)閥(或蝶閥)采用帶通信端口的PLC或Ⅰ/O模塊。對于同一環(huán)控電控室，風(fēng)機用電動機保護控制模塊、風(fēng)閥和蝶閥用PLC或Ⅰ/O模塊均通過總線連接，并通過總線與通信接口設(shè)備聯(lián)接。

3.3 車站系統(tǒng)設(shè)備配電方式

通信、信號 、自動售檢票和消防等系統(tǒng)用電由降壓變電所0.4kV側(cè)不同一、二級負(fù)荷母線各提供兩路專用電源至負(fù)荷處，就近設(shè)自動電源切換裝置進行電源切換后供電。

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等弱電系統(tǒng)設(shè)置于車站控制室的電源切換箱為共用，由降壓變電所0.4kV側(cè)不同一、二級負(fù)荷母線饋出兩個回路至車控室該電源切換箱。

環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控(BAS)系統(tǒng)用電由環(huán)控電控室饋出單回路電源至設(shè)于環(huán)控電控室內(nèi)的BAS系統(tǒng)配電柜。

3.4 其他動力設(shè)備配電方式

車站廢水泵、出入口雨水泵、站臺至站廳兼做疏散用自動扶梯等一級負(fù)荷用電由降壓變電所0.4kV側(cè)不同一、二級負(fù)荷母線饋出兩個回路至設(shè)備附近的電源切換箱切換后供電。

出入口處的潛水泵、自動扶梯及電動卷簾門等設(shè)備當(dāng)負(fù)荷等級相同時共用一個電源箱(或切換箱)。

污水泵、車站及區(qū)間維修電源、樓梯升降機、電動卷簾門、出入口自動扶梯及潛水泵等二級負(fù)荷，在負(fù)荷附近適當(dāng)位置設(shè)若干個二級負(fù)荷配電箱，電源從降壓變電所0.4kV側(cè)一、二級負(fù)荷母線饋出一個回路至配電箱。

電開水器、清掃電源等三級負(fù)荷在對應(yīng)端照明配電室內(nèi)設(shè)一個三級負(fù)荷配電箱，電源從降壓變電所0.4kV側(cè)三級負(fù)荷母線饋出一個回路至配電箱。

3.5 控制、信號、保護

1)控制和信號

設(shè)在車站的大系統(tǒng)通風(fēng)空調(diào)設(shè)備，如隧道風(fēng)機、排熱風(fēng)機、組合式空調(diào)箱、大系統(tǒng)回排風(fēng)機、組合風(fēng)門、電動風(fēng)閥、冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機等，設(shè)現(xiàn)場手動控制、環(huán)控電控室手動控制和BAS聯(lián)動控制(含車控室控制和OCC控制)。

車站小系統(tǒng)通風(fēng)空調(diào)設(shè)備，如小系統(tǒng)回排風(fēng)機、排風(fēng)機、全新風(fēng)機、送風(fēng)機、變風(fēng)量空調(diào)機、空調(diào)新風(fēng)機等，設(shè)環(huán)控電控室手動控制和BAS聯(lián)動控制(含車控室控制)。

消防有關(guān)設(shè)備，如消火栓泵、排煙風(fēng)機、防火卷簾門、氣體滅火設(shè)備和防火閥等，設(shè)現(xiàn)場手動控制、FAS聯(lián)動控制(含車控室控制和OCC控制)。特別重要的消防設(shè)備(消火栓泵、專用排煙風(fēng)機、正壓風(fēng)機)在車控室設(shè)綜合后備盤(IBP)控制。綜合后備盤上的直接啟動按鈕能在火災(zāi)情況下不經(jīng)過任何中間設(shè)備，直接啟動這些重要消防設(shè)備。監(jiān)視信號包括設(shè)備狀態(tài)信號和事故信號。

環(huán)控和消防共用的設(shè)備，平時由車站監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)控制，火災(zāi)時由FAS系統(tǒng)控制。

根據(jù)各專業(yè)工藝特點及控制要求預(yù)留與BAS 、FAS系統(tǒng)的接口。

廢水泵、雨水泵、局部排水泵、污水泵等設(shè)水位自動控制、現(xiàn)場手動控制。水泵運行狀態(tài)由車站監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)監(jiān)視。監(jiān)視信號包括設(shè)備狀態(tài)信號、事故信號和控制方式。

環(huán)控電控柜采用智能化低壓開關(guān)柜，由電動機保護控制模塊完成相關(guān)通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的監(jiān)控和保護功能，由小型PLC或智能I/O模塊完成相關(guān)閥門的監(jiān)控功能。

2)保護

環(huán)控電控室進線開關(guān)設(shè)短路保護、失壓、過負(fù)荷和接地保護；分段開關(guān)設(shè)短路延時保護、過流閉鎖失壓自投、來電自復(fù)；出線開關(guān)設(shè)短路瞬時保護、過負(fù)荷、接地保護，其中電機回路設(shè)短路瞬時保護、過負(fù)荷、缺相、接地故障、失速、堵轉(zhuǎn)、欠載、過熱及電流不平衡保護。

配電箱設(shè)短路瞬時、過負(fù)荷、接地保護。乘客可能摸到的設(shè)備，如屏蔽門門體、自動扶梯、自動售檢票設(shè)備及動力插座、插座箱、區(qū)間檢修插座箱、可移動電源插座箱等設(shè)漏電保護，額定漏電動作電流不大于30mA。

3.6 動力維修電源

在車站設(shè)備機房設(shè)置維修電源箱或電源插座。區(qū)間每100m左右分上、下行線各設(shè)一容量為20kW的維修電源箱，內(nèi)設(shè)三相漏電保護開關(guān)。車站公共區(qū)每隔20m左右設(shè)置供清掃機械等使用的單相電源插座。預(yù)留公用電話、安檢設(shè)備電源插座，并滿足實際使用要求。

4 照明配電設(shè)計

4.1 照明種類的劃分

車站照明分為公共區(qū)正常照明(包括工作照明、節(jié)電照明)、設(shè)備及管理用房照明、值班照明、過渡照明、導(dǎo)向照明、應(yīng)急照明(包括備用照明、疏散照明)、出入口照明、廣告照明和站臺板下安全照明。

區(qū)間照明由正常照明、應(yīng)急照明(含疏散指示標(biāo)志)組成。

4.2 照明燈具布置

車站照明選擇節(jié)能型光源及高效燈具，合理選擇照明方式和控制方式，照明標(biāo)準(zhǔn)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通照明》(GB/T 16275-2008)。

車站及區(qū)間照明的平均照度及功率密度標(biāo)準(zhǔn)按表1要求實行。

在站臺邊(屏蔽門處)、上、下行扶梯、步行梯口和自動售檢票設(shè)備處設(shè)置正常照明。在站臺和站廳的出口、車站出口、有人值班的設(shè)備房及其他通向外界的應(yīng)急出口處的上方，設(shè)置出口標(biāo)志燈。

消防泵房、行車值班室、車站綜合監(jiān)控室、通信機房、信號機房、售票室和變電所等重要場所設(shè)置應(yīng)急照明。

區(qū)間隧道內(nèi)設(shè)置正常照明及應(yīng)急照明，正常照明和應(yīng)急照明每隔10m間隔布置。區(qū)間隧道內(nèi)一般每隔20m設(shè)置帶疏散指示標(biāo)志的照明燈。

變電所電纜夾層、站臺板下采用電壓等級為24V的安全照明。

4.3 照明配電方式

車站照明配電分別在站廳、站臺兩端各設(shè)置一個照明配電室，站廳兩端照明配電室負(fù)責(zé)站廳本端設(shè)備管理房照明及以車站中心線為界的本端公共區(qū)照明。站臺照明配電室除負(fù)責(zé)站臺照明外,還負(fù)責(zé)相鄰半個區(qū)間照明。

車站每個照明配電室設(shè)置兩個照明總配電箱，兩個照明總配電箱電源分別接自降壓變電所0.4kV側(cè)不同一、二級負(fù)荷的母線，由兩個照明總配電箱為工作照明、節(jié)電照明配電箱供電，每個照明配電箱各帶50%的照明負(fù)荷。公共區(qū)的公共照明(工作照明、節(jié)電照明)采用交叉供電，并均勻布置。

表1 車站及區(qū)間照明的平均照度及功率密度

設(shè)備區(qū)照明配電箱采用總照明配電箱一回路電源供電。 廣告照明由降壓變電所0.4kV側(cè)三級負(fù)荷母線供電。

4.4 照明控制

公共區(qū)照明設(shè)車站控制室和照明配電室自動控制、手動控制兩級控制。設(shè)備管理用房照明就地設(shè)開關(guān)控制。

4.5 應(yīng)急照明供電

站內(nèi)每個照明配電室各設(shè)一套應(yīng)急照明電源裝置(EPS電源柜),車站公共區(qū)及附屬房間、相鄰半個區(qū)間的應(yīng)急照明均由EPS電源柜配電。 應(yīng)急照明電源裝置正常電源由降壓變電所0.4kV側(cè)不同一、二級負(fù)荷母線以雙回路供電；事故情況下，自動切換裝置動作，自動轉(zhuǎn)為由蓄電池電源通過逆變器供電。車站應(yīng)急照明電源按保證應(yīng)急照明和疏散照明負(fù)荷90min的用電需求考慮。

車站公共區(qū)、出入口應(yīng)急照明(含疏散指示)及區(qū)間應(yīng)急照明均為常明燈，不設(shè)控制。設(shè)備區(qū)應(yīng)急照明采用可控方式，火災(zāi)模式下強制開啟。

區(qū)間隧道內(nèi)設(shè)置正常照明及應(yīng)急照明，正常照明和應(yīng)急照明每隔10m間隔布置。區(qū)間隧道內(nèi)一般每隔20m設(shè)置可改變方向的智能疏散指向標(biāo)志燈，彎道處適當(dāng)增加，保證視線的可達(dá)性。

5 防雷接地與安全設(shè)計

蘇州軌道交通4號線均為地下車站，不考慮防直擊雷、防雷電波引入按相關(guān)規(guī)范執(zhí)行，切換箱設(shè)置相應(yīng)級別的防電涌保護器。各車站均設(shè)綜合接地裝置，接地電阻不大于1Ω。動力照明系統(tǒng)從車站綜合接地裝置上引出接地電纜至動力照明的接地端子箱。通信設(shè)備室、民用通信設(shè)備室、信號設(shè)備室、AFC管理室、氣瓶室、屏蔽門控制室、車控室及環(huán)控電控室等系統(tǒng)設(shè)備房間設(shè)弱電接地端子箱，從車站綜合接地裝置上引出接地電纜至弱電接地母排和接地端子箱。

在車站配電室、環(huán)控電控室、冷凍機房、廢水泵房、污水泵房、衛(wèi)生間及區(qū)間水泵房內(nèi)均設(shè)置局部等電位聯(lián)結(jié)端子箱。電源的PE干線、公共設(shè)施的金屬管道均與局部等電位聯(lián)結(jié)端子箱聯(lián)結(jié)。

通信、信號、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、自動售檢票、屏蔽門、自動扶梯及電梯等弱電系統(tǒng)裝設(shè)適配的浪涌保護器。除個別系統(tǒng)特殊要求外，所有插座回路均設(shè)漏電開關(guān)。

動力照明配電采用TN－S系統(tǒng)。車站內(nèi)所有帶電設(shè)備的金屬外殼、地下金屬管線、結(jié)構(gòu)鋼筋均與PE線聯(lián)結(jié)。安全變壓器出線低壓回路采用PVC管保護。

6 主要設(shè)備及材料選擇

環(huán)控電控室0.4kV開關(guān)柜選用設(shè)計緊湊、結(jié)構(gòu)通用性強、組裝靈活及技術(shù)性能好的抽出式成套設(shè)備開關(guān)柜。

分散安裝于泵房、隧道內(nèi)、電纜夾層內(nèi)和其他潮濕、不通風(fēng)場合的配電箱選用防潮、防霉和適合濕熱環(huán)境使用的電氣產(chǎn)品，外殼防護等級不低于IP54。區(qū)間維修電源箱內(nèi)設(shè)漏電保護開關(guān)，并有防塵、防潮性能，外殼防護等級不低于IP65。

車站站廳、站臺照明燈具主要選用反光型燈具；設(shè)備室選用直光型敞開式或帶有格柵的燈具, 燈具選用壽命長、節(jié)能高效型產(chǎn)品,光源以三基色熒光燈為主；區(qū)間照明燈具采用防潮、防塵、防震及防眩光的專用隧道燈具，防護等級不低于IP65。分散安裝于泵房、夾層內(nèi)和其他潮濕、不通風(fēng)場合的燈具選用防潮、防霉和適合濕熱環(huán)境使用的電氣產(chǎn)品。

車站、區(qū)間隧道一般動力設(shè)備配電電纜均選用低煙、無鹵、B類阻燃型銅芯電纜；重要動力設(shè)備配電電纜選用低煙、無鹵耐火銅芯電纜；火災(zāi)時仍需運行的動力設(shè)備、系統(tǒng)電源電纜選用礦物絕緣電纜。一般絕緣電線均選用低煙、無鹵、阻燃型電線，事故時仍需運行的應(yīng)急照明電源電線選用低煙、無鹵、耐火型電線。控制電纜均采用屏蔽電纜。

7 結(jié)束語

本文通過對城市軌道交通供電系統(tǒng)中動力照明系統(tǒng)配電的前期研究和總結(jié)，結(jié)合地下站負(fù)荷特點、工藝控制要求及相關(guān)規(guī)程規(guī)范，提出了適用于蘇州市軌道交通4號線地下站動力照明系統(tǒng)總體設(shè)計原則，為各工點站的設(shè)計提供指導(dǎo)。

[1]盧曉靜.北京地鐵6號線動力照明系統(tǒng)方案設(shè)計[M].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計, 2008-10-20.