楊 慶

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 天津 300251)

于家堡站交通樞紐主變配電所方案研究

楊 慶

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 天津 300251)

提出綜合交通樞紐供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)思路，通過(guò)對(duì)于家堡交通樞紐工程各子項(xiàng)的布局、規(guī)模、負(fù)荷性質(zhì)、外部條件等情況進(jìn)行綜合分析，經(jīng)多方案比較，研究確定鐵路和市政工程變配電系統(tǒng)的總體方案和主要技術(shù)方案。以適宜的經(jīng)濟(jì)性為基礎(chǔ)，達(dá)到最大限度地適應(yīng)權(quán)屬關(guān)系、滿足建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理需要的目的。

交通樞紐；鐵路站房；市政工程；主變配電所；接線形式

1 工程概況

天津于家堡站交通樞紐是集京津城際鐵路、城市軌道交通(Z1、Z4、B2線于家堡站)及地下停車場(chǎng)等工程于一體的大型綜合項(xiàng)目。樞紐主要包括六大功能分區(qū)：城際站房工程、軌道交通工程(地鐵)、社會(huì)車停車場(chǎng)工程、出租車停車場(chǎng)工程、公交中心工程及樞紐控制中心工程。其核心工程——城際站房和城市軌道交通工程分為地上(共計(jì)1層)和地下(共計(jì)3層)兩部分。其中城際站房建筑面積約8.6萬(wàn)m2，由國(guó)鐵負(fù)責(zé)承擔(dān)建設(shè)，最終運(yùn)營(yíng)管理由鐵路部門統(tǒng)一負(fù)責(zé)。其他5個(gè)分區(qū)建筑面積約18.1萬(wàn)m2，由地方投資公司負(fù)責(zé)建設(shè)，除公交中心建成后移交給公交公司管理外，其他4個(gè)區(qū)域最終均交付給投資公司的運(yùn)營(yíng)部。各區(qū)域分布如圖1所示。

圖1 于家堡站交通樞紐分區(qū)示意

本交通樞紐在土建工程基礎(chǔ)上，由供電、環(huán)控、給排水及消防、通信、綜合監(jiān)控等設(shè)備系統(tǒng)共同構(gòu)成。其中的供電系統(tǒng)由主變配電所、中壓供電網(wǎng)絡(luò)、降壓變電所、動(dòng)力照明配電系統(tǒng)、電力監(jiān)控(PSCADA)系統(tǒng)、防雷及綜合接地等系統(tǒng)構(gòu)成。由于本項(xiàng)目工程規(guī)模大，并且為多方建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理，所以主變配電所的布局設(shè)計(jì)方案、主接線形式及運(yùn)行方式將直接影響到整個(gè)樞紐供電系統(tǒng)的可靠性、合理性和安全性，因此對(duì)主變配電所方案的研究是本工程需要特別關(guān)注的一個(gè)重要內(nèi)容。

2 樞紐常用供電方式

樞紐的供電方式是一個(gè)綜合性和系統(tǒng)性技術(shù)問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)城市電網(wǎng)構(gòu)成的不同特征(電壓等級(jí)、電源點(diǎn)的分布及容量、電網(wǎng)管理等)進(jìn)行方案比選確定。典型的供電方式一般有以下3種。

分散供電方式——不設(shè)主變電所，各降壓變電所分別由城市電網(wǎng)就近引2路或3路相互獨(dú)立的35 kV或10 kV電源供電。此種供電方式要求周邊地區(qū)有足夠的電源引入點(diǎn)及備用容量，且容易控制造價(jià)。該方式與城市電網(wǎng)接口多，管理不方便。

集中供電方式——樞紐供電系統(tǒng)設(shè)主變(配)電所，電源由城市電網(wǎng)就近接引，具體還可分為單點(diǎn)集中和多點(diǎn)分散集中。該方式從電力系統(tǒng)引入電源的數(shù)量少，電力系統(tǒng)工程量少，便于調(diào)度管理，樞紐供電系統(tǒng)自成體系，運(yùn)營(yíng)維護(hù)方便。目前較大規(guī)模的建設(shè)項(xiàng)目多采用集中供電方式。

混合式供電方式——是前兩種方式的結(jié)合，以集中供電方式為主，個(gè)別地段就近引入城市電網(wǎng)電源作為集中供電方式的補(bǔ)充。但這樣會(huì)給電網(wǎng)管理、保護(hù)配合等方面增加了困難，采用者較少。

3 樞紐用電負(fù)荷情況和電源條件

3.1 負(fù)荷分布

從圖1可以看出整個(gè)樞紐的布局是：城際站房為一個(gè)建筑體，位于樞紐的中央，主體建筑長(zhǎng)約640 m，寬約60 m，負(fù)荷分布較為集中。除站房以外的市政工程，雖然分為5個(gè)分區(qū)，但建筑規(guī)模及用電量最大的A、B兩區(qū)均緊鄰站房?jī)蓚?cè)，且與站房相貫通，長(zhǎng)度分別約為300 m和400 m、寬度均約在130 m以內(nèi)，兩者面積之和約為16.4萬(wàn)m2，約占市政總面積的90%，即負(fù)荷也較為集中且靠近城際站房。樞紐各子項(xiàng)及區(qū)域用電負(fù)荷分布見表1。

3.2 負(fù)荷性質(zhì)

交通樞紐用電負(fù)荷可根據(jù)重要程度分為3級(jí)，具體如下。

表1 樞紐各子項(xiàng)及區(qū)域用電負(fù)荷分布

一級(jí)負(fù)荷：應(yīng)急照明、變電所所用電、公共區(qū)照明、排煙系統(tǒng)用風(fēng)機(jī)及電動(dòng)閥門、消防水炮、消防泵、噴淋泵、通信、信號(hào)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、火災(zāi)時(shí)兼作疏散用的自動(dòng)扶梯、車站排水泵等。

二級(jí)負(fù)荷：普通風(fēng)機(jī)、一般照明、標(biāo)志燈箱、排污泵、集水泵、火災(zāi)時(shí)不兼作疏散用的自動(dòng)扶梯及電梯等負(fù)荷。

在大數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)化的今天，國(guó)內(nèi)書業(yè)鏈上沒(méi)有形成有效信息流，出版和發(fā)行上下游的信息流通渠道尚未打通，使已經(jīng)建成的各個(gè)信息系統(tǒng)成為一座座信息孤島，其結(jié)果是投入成本高、功能重疊、覆蓋率低、缺乏規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)難以通用，影響了書目信息使用價(jià)值的實(shí)現(xiàn)與公共信息資源的共享，成為出版發(fā)行業(yè)良性循環(huán)和有序發(fā)展的主要瓶頸之一[8]。因而最大限度地聯(lián)合國(guó)內(nèi)出版社、館配商和圖書館三方力量，對(duì)傳統(tǒng)的圖書采訪模式進(jìn)行改革，構(gòu)建一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，集產(chǎn)生、獲取、解析、加工以及服務(wù)為一體的綜合性圖書聯(lián)合采訪平臺(tái)，為圖書館配提供實(shí)時(shí)交流、開放共享、公開透明的合作平臺(tái)勢(shì)在必行。針對(duì)國(guó)內(nèi)目前現(xiàn)狀,提出以下整改方案。

三級(jí)負(fù)荷：廣告照明、景觀照明、冷水機(jī)組及配套設(shè)備、電熱設(shè)備、商業(yè)用電、清潔機(jī)械等負(fù)荷。

整個(gè)樞紐的全部用電負(fù)荷約37 MW，其中一、二級(jí)負(fù)荷約占57%(鐵路及市政占比相似)。

3.3 外部電源條件

從用戶需求角度而言，鐵路與市政每處引入電源的回?cái)?shù)均不應(yīng)少于兩路，但最終實(shí)施方案，一般應(yīng)以電力公司的終審意見為準(zhǔn)。天津供電公司的批復(fù)是：“于家堡站交通樞紐屬于特級(jí)重要用戶，必須具備三路電源供電條件”。

4 樞紐主變配電所實(shí)施方案

4.1 主變配電所設(shè)置方案

根據(jù)上述分析可知，本交通樞紐用電負(fù)荷相對(duì)集中，重要負(fù)荷占有率相對(duì)較高，適合集中設(shè)置主變配電所，同時(shí)至少采用兩路電源供電。

除此之外，樞紐內(nèi)站房工程與市政軌道交通工程的財(cái)產(chǎn)性質(zhì)有很大區(qū)別，前者財(cái)產(chǎn)登記為央企性質(zhì)，后者屬于地方，故兩者的運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理亦從屬于不同的機(jī)構(gòu)。而地方供電公司制度規(guī)定，不允許企業(yè)間進(jìn)行電能買賣，即兩者間不能存在供電的從屬關(guān)系。所以國(guó)鐵工程與地方工程不宜集成為設(shè)有總接入點(diǎn)的一個(gè)系統(tǒng)，否則財(cái)產(chǎn)權(quán)屬、從屬關(guān)系、管理界面均難以劃分，應(yīng)以獨(dú)立設(shè)置為宜。但由于鐵路站房與市政工程在建筑形式上是一體的換乘結(jié)構(gòu)，兩者間的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)周期較為同步，故確定分別向供電公司申請(qǐng)獨(dú)立的外部電源，但可考慮同路由，以減少投資。

綜上所述，樞紐中的鐵路與市政工程應(yīng)分別設(shè)置主變配電所，并根據(jù)實(shí)際外部電源條件，按每座所均采用3路電源供電考慮。

4.2 供電電壓選擇

供電電壓應(yīng)從用電容量、用電設(shè)備特性、供電距離、供電線路的回路數(shù)、用戶的遠(yuǎn)景規(guī)劃、當(dāng)?shù)毓搽娋W(wǎng)現(xiàn)狀和它的發(fā)展規(guī)劃以及經(jīng)濟(jì)合理等因素考慮決定。鑒于樞紐的地理位置重要性以及城市規(guī)劃的要求，一般電源線路均采用電纜。一般情況下，10 kV電纜送電容量約6 MVA，供電距離一般在6 km以下；35 kV電纜送電容量約20 MVA，供電距離一般在20 km以下。本交通樞紐位于天津?yàn)I海新區(qū)正在規(guī)劃建設(shè)中的于家堡中心商務(wù)區(qū)內(nèi)，目前區(qū)域內(nèi)僅規(guī)劃有110/10 kV和220/35 kV變電站各1座，但都不能滿足樞紐建設(shè)周期的要求，而可使用的10 kV及35 kV電源均分布在6 km以外的地區(qū)。

根據(jù)以上分析，再結(jié)合表1中所列數(shù)據(jù)：即鐵路站房用電量在10 kV電纜供電的臨界值，市政工程用電量宜采用35 kV電纜送電，因此兩個(gè)工程供電電壓等級(jí)均確定選擇35 kV。

4.3 主變配電所的接線形式

根據(jù)以上闡述，鐵路與市政工程應(yīng)各自設(shè)置1座35/10 kV主變配電所，且每座所均采用3路電源進(jìn)線。

雖然外部電源條件相同，但由于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及運(yùn)營(yíng)習(xí)慣的差異，主變配電所的接線形式不盡相同。

4.3.1 鐵路工程

根據(jù)鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，于家堡站屬于大型鐵路站房，須設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組，加之供電公司要求引入3路電源，本站房共計(jì)4路電源，即電源具備了很高的可靠性。而根據(jù)《鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB1008—2006)規(guī)定“除特大型客站變配電所宜設(shè)置第3路電源外，其他10 kV配電所和35 kV及以上的變電所，應(yīng)有兩路獨(dú)立電源”，即按鐵路標(biāo)準(zhǔn)，于家堡站房?jī)H需兩路電源加上柴油發(fā)電機(jī)即可滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在此前提下，設(shè)計(jì)既要滿足供電公司的要求，同時(shí)也要充分考慮投資的因素，通過(guò)性價(jià)比，最終選擇了3路進(jìn)線(兩用一備)、2臺(tái)主變的方案，主接線形式如圖2所示。

圖2 兩主一備運(yùn)行方式兩臺(tái)主變主接線

此方案35 kV及10 kV側(cè)均采用單母線分段中間加母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)的接線形式。35 kV側(cè)正常時(shí)兩路主用電源同時(shí)運(yùn)行，備用電源熱備。當(dāng)其中一路35 kV主用電源失電時(shí)，35 kV母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)閉合，備用電源投入(根據(jù)供電公司要求，只可備用電源向主用電源投入，不可逆向，且僅備用一側(cè))，兩路電源應(yīng)能負(fù)責(zé)所內(nèi)全部負(fù)荷供電；當(dāng)只有一路電源時(shí)，應(yīng)能負(fù)責(zé)所內(nèi)一、二級(jí)負(fù)荷供電；當(dāng)僅有1臺(tái)主變工作時(shí)，10 kV母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘，并負(fù)責(zé)所內(nèi)一、二級(jí)負(fù)荷供電。經(jīng)負(fù)荷計(jì)算，主變壓器選擇為2×6 300 kVA。這種形式的方案在天津站交通樞紐的鐵路站房已經(jīng)安全運(yùn)行了6年，具有較高的可靠性，同樣適用于于家堡車站。

4.3.2 市政工程

在滿足電源可靠性的前提下，一般不設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)，在此條件下，要充分考慮3路電源運(yùn)行的同時(shí)性，所以選擇3路進(jìn)線及3臺(tái)主變均同時(shí)運(yùn)行的方案，充分保障了電源的可靠性，主接線方案有以下2種。

(1)方案一：3路同時(shí)運(yùn)行順序備用形式(圖3)

圖3 順序備用運(yùn)行方式主接線

此方案35 kV側(cè)采用3組線變組接線方式；10 kV側(cè)主接線采用單母線分3段環(huán)形接線形式。正常運(yùn)行方式為3路35 kV電源同時(shí)運(yùn)行，10 kV母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開，并按規(guī)定的次序(不可逆)確定備用關(guān)系(如二備一、三備二、一備三)。當(dāng)其中一路35 kV電源失壓后，次序中規(guī)定的母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)投入，由規(guī)定的另一路電源兼為事故電源供電范圍內(nèi)的全部負(fù)荷供電；當(dāng)兩路35 kV電源同時(shí)失電時(shí)，次序中規(guī)定的2個(gè)母聯(lián)投入，由第3路電源為全部一、二級(jí)負(fù)荷供電。

(2)方案二：3路同時(shí)運(yùn)行互為備用形式(圖4)

此方案35 kV側(cè)采用3組線變組接線方式；10 kV側(cè)主接線采用單母線分4段的接線形式。正常運(yùn)行方式為3路35 kV電源同時(shí)運(yùn)行，10 kV母線聯(lián)絡(luò)斷開。當(dāng)一路35 kV電源失電時(shí)，由另兩路電源負(fù)責(zé)樞紐全部負(fù)荷供電；當(dāng)兩路35 kV電源同時(shí)失電時(shí)，由第三路電源為全部一、二級(jí)負(fù)荷供電。在不同的運(yùn)行方式中，10 kV聯(lián)絡(luò)開關(guān)有不同的投入方式，最終滿足4段母線的均勻受電。

兩種方案35 kV側(cè)的接線方式相同，僅10 kV側(cè)區(qū)分為3段或4段母線形式。前者接線形式相對(duì)簡(jiǎn)單、設(shè)備數(shù)量少進(jìn)而投資也相對(duì)減少；后者在靈活性上具有優(yōu)勢(shì)?？傊瑑烧叩目煽啃韵喈?dāng)、各具特點(diǎn)，最終本工程選擇了方案一，既滿足三電源同時(shí)運(yùn)行的可靠性，又考慮了投資的合理性。經(jīng)負(fù)荷計(jì)算，主變壓器選擇為3×10 000 kVA。

5 結(jié)論

主變配電所的方案研究，不僅要考慮負(fù)荷的性質(zhì)、容量和分布，還要遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、供電公司意見以及運(yùn)營(yíng)管理的模式。此外，在滿足不同投資方要求的前提下，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)資源的最大共享。本樞紐最終設(shè)計(jì)為：鐵路與市政工程各建設(shè)1座35/10 kV主變配電所，并且外部電源同路由(供電公司的批復(fù)是：每個(gè)用戶分別供一路獨(dú)立電源，另兩路電源均為兩用戶共用)。此外，鐵路站房采用3路電源(兩用一備)加柴油發(fā)電機(jī)的供電方式，所內(nèi)設(shè)2臺(tái)主變；市政工程則采用3路電源、3臺(tái)主變同時(shí)運(yùn)行的方式。

圖4 互為備用運(yùn)行方式主接線

[1] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50052—2009供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

[2] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50059—201135～110 kV變電站設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2011.

[3] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB1008—2006/J660—2007鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.

[4] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ16—2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[5] 任元會(huì)，等.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[6] 田瑞環(huán)，等.鐵路電力設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1991.

[7] 陳偉珂.天津站綜合交通樞紐工程設(shè)計(jì)-建設(shè)-運(yùn)營(yíng)管理創(chuàng)新模式研究[M].北京：人民交通出版社，2011.

[8] 劉永謙，馬靜波，吳大鵬，等.綜合交通樞紐供配電及綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)綜合研究[R].天津：天津市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)，2014.

Research on Main Substation Scheme of Yujiapu Transportation Hub

YANG Qing

(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation， Tianjin 300251， China)

This paper brings forward a concept of distribution system design for an integrated transportation hub based on the analysis of layout， size， load， external conditions of Yujiapu transportation hub. The comparison of many schemes results in the general and technical schemes for railway and municipal engineering power distribution to establish optimized ownership， to meet the requirements for construction and operational management on the basis of suitable economics.

Transportation hub; Railway Station; Municipal engineering; Main substation; Wiring pattern

2014-01-05

楊 慶(1969—)，女，高級(jí)工程師，1991年畢業(yè)于天津大學(xué)自動(dòng)化系，E-mail：yangqing@tsdig.com。

1004-2954(2015)03-0130-04

U231+.8

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.03.031