李旭東 段盼平

摘? 要：隨著新能源領(lǐng)域的快速發(fā)展和LED照明等直流設(shè)備的普遍使用，城市軌道交通直流設(shè)備的耗電量占總耗電量的比重越來越大，直流供配電關(guān)鍵技術(shù)將成為城市軌道交通發(fā)展的必然需要和方向。該文以太原市軌道交通2號(hào)線畜研所站、雙塔西街站為例，對(duì)車站公共區(qū)直流照明系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，該方案具有簡化配電線路、降低燈具損耗、提高用電安全性、提高電能質(zhì)量、管理人性化等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：地下車站;公共區(qū)照明;直流集中供電;方案設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TM92? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

LED 照明燈具內(nèi)置整流器存在效率低、諧波含量高、電解電容易損壞的缺點(diǎn)，目前在民用建筑和路燈照明等行業(yè)已經(jīng)開始嘗試使用全直流照明系統(tǒng)，筆者對(duì)太原地鐵2號(hào)線畜研所站、雙塔西街站公共區(qū)直流照明系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，為進(jìn)一步探討在城市軌道交通中使用全直流照明系統(tǒng)的可行性提供參考。

1 工程概況

1.1 雙塔西街站

雙塔西街站車站型式為地下二層島式車站，車站總建筑面積13 778.6 m2，車站在設(shè)備層A端設(shè)置降壓變電所，負(fù)擔(dān)車站及相鄰兩個(gè)半個(gè)區(qū)間的全部動(dòng)力、照明負(fù)荷。車站站廳兩端分別設(shè)置環(huán)控電控室，站廳、站臺(tái)、設(shè)備層兩端分別設(shè)置照明配電室和電纜井。A端相鄰半?yún)^(qū)間的長度為353 m，B端相鄰半?yún)^(qū)間的長度為586 m。

1.2 畜研所站

畜研所站車站型式為地下二層島式車站，車站總建筑面積14 373.6 m2，車站在設(shè)備層B端設(shè)置降壓變電所，負(fù)擔(dān)車站及相鄰兩個(gè)半個(gè)區(qū)間的全部動(dòng)力、照明負(fù)荷。車站站廳兩端分別設(shè)置環(huán)控電控室，站廳、站臺(tái)、設(shè)備層兩端分別設(shè)置照明配電室和電纜井。A端相鄰半?yún)^(qū)間的長度為454 m，B端相鄰半?yún)^(qū)間的長度為565 m。

2 設(shè)計(jì)原則

2.1 照明負(fù)荷分類

車站公共區(qū)設(shè)正常照明與應(yīng)急照明，其中正常照明主要是指工作照明、節(jié)電照明、值班照明。節(jié)電照明和工作照明按車站布局間隔布置，各占50%。部分正常照明兼值班照明，照度不低于正常照明照度額10%。

2.2 負(fù)荷分級(jí)

公共區(qū)正常照明、疏散照明為一級(jí)負(fù)荷，其中疏散照明為一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷。

3 系統(tǒng)指標(biāo)及工作原理

3.1 主要技術(shù)指標(biāo)

輸出電壓范圍200 VDC～300 VDC，額定輸出電流50 A（輸出電壓250 V時(shí)），最大輸出電流66 A（輸出電壓260 V時(shí)），電壓上升時(shí)間3 s～8 s（軟啟動(dòng)時(shí)間），穩(wěn)壓精度≤0.5%。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

直流照明系統(tǒng)由交流電源，電表，整流器，絕緣監(jiān)測模塊，控制器，配電機(jī)柜、LED燈具共同組成。交流輸入為三相四線交流供電。電源模塊把三相交流電整流為穩(wěn)定的直流電，所有電源模塊并聯(lián)輸出。直流集中供電智能控制系統(tǒng)組成原理圖如圖1所示。

4 照度標(biāo)準(zhǔn)

車站公共區(qū)各場所照度標(biāo)準(zhǔn)要求見表1。

5 供電方式

5.1 公共區(qū)正常照明

車站公共區(qū)的照明配電室內(nèi)分別設(shè)置2個(gè)總照明配電箱以及2個(gè)直流供電柜，兩段不同母線分別由變電所引至總照明配電箱，2個(gè)直流集中供電柜電源分別引自2個(gè)總照明配電箱，2個(gè)直流集中供電柜交叉向公共區(qū)正常照明供電。

公共區(qū)正常照明采用直流供電，在直流智慧照明控制系統(tǒng)內(nèi)部可完成AC380 V整流為DC220 V（同時(shí)輸出在DC200 V～DC300 V可調(diào)），整流電源模塊化，N+X配置，支持熱插拔。直流智能控制系統(tǒng)對(duì)LED燈具進(jìn)行智能化控制。直流智慧照明控制系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)具有的基本功能有智能調(diào)光/開關(guān)、數(shù)據(jù)采集、絕緣監(jiān)察、過流/過壓/短路等保護(hù)、對(duì)直流智慧照明控制系統(tǒng)故障檢測報(bào)警、防雷等?？蓪?shí)現(xiàn)直流照明控制單元的照明分、斷、調(diào)光等每個(gè)回路的就地控制功能。

5.2 應(yīng)急照明

站臺(tái)、站廳公共區(qū)應(yīng)急照明及出入口通道應(yīng)急照明由設(shè)置在站廳站臺(tái)兩端照明配電室的應(yīng)急照明及指示系統(tǒng)進(jìn)行供電。

6 控制器

公共區(qū)、出入口通道照明控制設(shè)兩級(jí)控制，即車控室控制和照明配電室控制。公共區(qū)應(yīng)急照明按長明燈設(shè)計(jì)。直流供電智能化控制系統(tǒng)為微機(jī)控制器，通過信息通信與上位系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)檢測、亮度調(diào)光設(shè)置、設(shè)備狀態(tài)輸出、故障上報(bào)等功能，對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測控制。

7 照明燈具及材料選擇

公共區(qū)照明燈具采用直流LED燈具，燈具可以接受DC 200 V～300 V直流供電，燈具LED驅(qū)動(dòng)通過采樣輸入電壓的動(dòng)態(tài)變化，自動(dòng)識(shí)別調(diào)光指令。

應(yīng)急照明燈具滿足《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)》GB 17945—2010要求。

工作照明、節(jié)電照明配電線路采用WDZB-BYJ導(dǎo)線進(jìn)行配電，應(yīng)急照明配電線路采用WDZBN-BYJ導(dǎo)線進(jìn)行配電，疏散指示及應(yīng)急照明分開回路配電。

所有電纜的燃燒性能不低于GB 31247—2014《電纜及光纜燃燒性能分級(jí)》中的B1級(jí)。

8 直流集中供電柜配置

為了達(dá)到更好的節(jié)能效果，該方案采用光效120 lm/w的LED照明產(chǎn)品，在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范條件《城市軌道交通照明》GB/T 16275—2008以及裝修效果需求，經(jīng)照度仿真，根據(jù)空間布置分為站廳/站臺(tái)的 A/B區(qū)共4塊區(qū)域，每個(gè)站點(diǎn)公共區(qū)域照明分為4塊區(qū)域單獨(dú)供電，其中筒燈1功率12 W，筒燈2功率18 W，T5支架燈功率14 W，燈具數(shù)量及直流柜配置見表2。

9 結(jié)論

目前的 AC 220 V 供電技術(shù)成熟，但存在供電效率低、諧波含量大的缺點(diǎn)，在城市軌道交通地下車站均使用 LED 光源的前提下，采用 DC 220 V供電，可有效解決 AC 220 V 供電存在的問題，同時(shí)還可以提高安全性。因直流供電只需要兩芯線，使得整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)增加不多[1]。與交流照明系統(tǒng)相比，對(duì)后期運(yùn)營要求主要差異是交流系統(tǒng)出現(xiàn)故障通常為單個(gè)回路故障，交流系統(tǒng)輸入的供電能力不變，可單獨(dú)維修單個(gè)回路故障。直流照明系統(tǒng)故障通常存在2個(gè)可能，一是回路出現(xiàn)故障，另一個(gè)是AC-DC模塊電源出現(xiàn)故障。對(duì)于回路出現(xiàn)故障，可維修單個(gè)回路故障，如果冗余模塊電源出現(xiàn)故障不會(huì)影響系統(tǒng)的供電能力。當(dāng)故障模塊未及時(shí)處理，累積故障模塊過多，系統(tǒng)按額定功率計(jì)算供電能力不足時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)降低LED的功率保證直流照明系統(tǒng)的正常工作。對(duì)于AC-DC模塊電源故障，系統(tǒng)會(huì)顯示告警信息，通知維護(hù)人員更換AC-DC模塊，模塊電源維護(hù)方便，不用斷電拔出故障模塊，可直接插入進(jìn)行模塊更換。

該系統(tǒng)根據(jù)地鐵的運(yùn)行信息，外部環(huán)境信息及站廳和站臺(tái)人流信息，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)燈和智能調(diào)光，系統(tǒng)還具備智能設(shè)定亮度參數(shù)功能，可實(shí)現(xiàn)定時(shí)分時(shí)調(diào)光，達(dá)到更好的節(jié)能效果。DC-DC 模塊故障率遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)AC-DC驅(qū)動(dòng)電源，其使用壽命基本能夠匹配直流照明系統(tǒng)其他部件的整體使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1]王德發(fā)，秦嶺.城市軌道交通全直流照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[J].都市快軌交通，2019（6）：63-66.