【正文】 上海地鐵M8線一期工程延吉中路站動(dòng)力配電系統(tǒng)圖5 地鐵照明配電工程設(shè)計(jì) 地鐵照明分類(lèi)與地面建筑相比，地鐵最大的特點(diǎn)是沒(méi)有天然采光，主要依賴(lài)人工照明。采用電纜橋架配線，有如下特點(diǎn)：(1) 橋架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝快速靈活、便于維護(hù)。延吉中路站動(dòng)力電纜的具體選型如下：(1) 一級(jí)負(fù)荷對(duì)耐火的要求很高，因此這些設(shè)備的配電線路選用低煙無(wú)鹵耐火型電纜；其中直接為消防設(shè)備供電的線路選用礦物絕緣電纜。(2) 水泵類(lèi)設(shè)備采用就地控制和自動(dòng)控制兩種控制方式。當(dāng)供電系統(tǒng)一路電源失電時(shí)，將其切除。(4) 環(huán)控電控室一級(jí)負(fù)荷母線由降壓變電所I、II段母線各引出一路電源供電，采用帶BA控制單元的雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；三級(jí)負(fù)荷母線電源引自降壓變電所III段母線。(2) 車(chē)站動(dòng)力系統(tǒng)采用三相四線制配電，并采用TNS接地保護(hù)系統(tǒng)。如果為重要的電動(dòng)機(jī)，低電壓定值一般取額定線電壓的40～50%，時(shí)限按保證技術(shù)安全取工藝過(guò)程特點(diǎn)的條件整定，一般為5～10s。(6) 負(fù)序過(guò)流保護(hù)的整定① 負(fù)序過(guò)流I段電流的整定 ～1；為躲過(guò)斷路器跳合閘及其它暫態(tài)干擾所產(chǎn)生的影響，I段整定時(shí)間一般為1s。(4) 啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)保護(hù)的整定① 啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)保護(hù)電流的整定可按啟動(dòng)電流的一半整定，一般取2（為電動(dòng)機(jī)的額定電流）。(3) 過(guò)負(fù)荷保護(hù)的整定① 過(guò)負(fù)荷跳閘發(fā)熱時(shí)間常數(shù)的整定按電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷能力并參照電動(dòng)機(jī)發(fā)熱時(shí)間常數(shù)整定，發(fā)熱時(shí)間常數(shù)應(yīng)由電機(jī)廠家提供。(5) 事件記錄可記錄保護(hù)動(dòng)作信息、故障信息，且掉電不丟失。⑧ 過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓保護(hù)用于防止電壓過(guò)高而損壞電動(dòng)機(jī)絕緣。負(fù)序過(guò)流保護(hù)分為兩段。③ 啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)保護(hù)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)保護(hù)在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)其提供保護(hù)，轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行后自動(dòng)退出。 裝置的功能及配置(1) 保護(hù)功能①電流速斷保護(hù)電流速斷保護(hù)反映電動(dòng)機(jī)的定子繞組或引線相間短路而動(dòng)作的問(wèn)題。低壓斷路器的熱脫扣器與環(huán)境溫度是有直接的關(guān)系，若環(huán)境溫度發(fā)生變化就會(huì)導(dǎo)致低壓斷路器的額定電流值發(fā)生變化。但是這種級(jí)聯(lián)保護(hù)也是有一定條件的，比如鄰近的回路不能有重要負(fù)載（因?yàn)橐坏?跳閘 回路也停電），同時(shí) 的分?jǐn)嗄芰χ辽僖笥谄涑隹谔幾畲箢A(yù)期短路電流的50%。一般來(lái)說(shuō)，要保證上、下兩級(jí)低壓斷路器之間選擇性動(dòng)作，上一級(jí)斷路器宜選擇帶短延時(shí)的過(guò)流脫扣器，以上。① 非選擇型斷路器的主要特點(diǎn)故障斷開(kāi)后，可以手操?gòu)?fù)位，不必更換元件，除非切斷大短路電流后需要維修；有反時(shí)限特性的長(zhǎng)延時(shí)脫扣器和瞬時(shí)電流脫扣器兩段保護(hù)功能，分別作為過(guò)載和短路防護(hù)；上、下級(jí)非選擇型斷路器間難以實(shí)現(xiàn)選擇性切斷，故障電流較大時(shí)，很容易導(dǎo)致上、下級(jí)斷路器均瞬時(shí)斷開(kāi)。(1) 低壓斷路器的選擇性在低壓斷路器所保護(hù)的配電系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生電氣故障時(shí)，距故障點(diǎn)最近的斷路器動(dòng)作故障切除，而其他各級(jí)斷路器不應(yīng)動(dòng)作，從而將故障所造成斷電限制在最小范圍內(nèi)，使其他無(wú)故障供電回路仍能保持正常供電，這就是對(duì)低壓斷路器所要求的選擇性。用于斷開(kāi)短路電流的電器，應(yīng)滿足短路條件下的通斷能力。英國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)BS5839建筑物的火災(zāi)探測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)(Fire detection and alarm systems)，澳大利亞國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)AS29411995固定消防裝置泵站系統(tǒng)（Fixed Fire protection installations pump set systems）和AS2293建筑物中應(yīng)急疏散照明（Emergency evacuation lighting in buildings）、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)NFPA70國(guó)家電氣法規(guī)（National Electrical code）都將礦物絕緣電纜列入作為規(guī)定或推薦選用的菜單中，而且規(guī)定在火災(zāi)時(shí)間較長(zhǎng)的情況下使用的，則應(yīng)選用礦物絕緣電纜。礦物絕緣電纜（Mineral Insulated Cables）是由銅芯、銅護(hù)套和氧化鎂絕緣等全無(wú)機(jī)物組成的電纜。當(dāng)防火卷簾門(mén)的水平配電線較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)采用耐火配線，以確?；馂?zāi)時(shí)仍能可靠供電并使防火卷簾門(mén)有效動(dòng)作，防止火勢(shì)蔓延。防排煙裝置配電線路應(yīng)選用耐火配線，聯(lián)動(dòng)和控制線路也應(yīng)采用耐火配線。水泵房供電電源應(yīng)為雙電源末端切換，由降壓變電所低壓配電柜直接提供。根據(jù)不同的消防設(shè)備，其配電線路應(yīng)選用耐火配線或耐熱配線。低煙即要求燃燒時(shí)煙塵較小，其煙霧透光率達(dá)60%以上；無(wú)鹵即當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，不產(chǎn)生有毒的酸性氣體。表 固定敷設(shè)的導(dǎo)線最小芯線截面敷設(shè)方式最小芯線截面（mm2）銅芯鋁芯裸導(dǎo)線鋪設(shè)于絕緣子上1010絕緣導(dǎo)線鋪設(shè)與絕緣子上室內(nèi) L≤2m室外 L≤2m室內(nèi)外 2＜L≤6m 6＜L≤16m 16＜L≤25m464610絕緣導(dǎo)線穿管敷設(shè)絕緣導(dǎo)線槽板敷設(shè)絕緣導(dǎo)線線槽敷設(shè)塑料絕緣護(hù)套導(dǎo)線扎頭直敷(3) 沿不同冷卻條件的路徑敷設(shè)線路時(shí)，當(dāng)冷卻條件最壞段的長(zhǎng)度超過(guò)5m應(yīng)按該段條件選擇絕緣導(dǎo)線和電纜的截面，或只對(duì)該段采用大截面的絕緣導(dǎo)線和電纜。 配電線路的設(shè)計(jì) 配電線路設(shè)計(jì)的基本要求從降壓變電所、環(huán)控電控室的低壓開(kāi)關(guān)柜到各動(dòng)力設(shè)備配電室，一般采用電纜配電，從動(dòng)力配電箱到動(dòng)力設(shè)備可采用電纜或電線配電。就地控制即在設(shè)備旁設(shè)就地控制箱，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)操控；綜合控制即在車(chē)站綜合控制室由BAS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制與監(jiān)視，并將采集的信息送至中央控制室[22]。動(dòng)力設(shè)備如水泵、電梯、扶梯的電源以及通信、信號(hào)、FAS、AFC、屏蔽門(mén)、氣體滅火等的雙路電源都是直接由降壓變電所的低壓母線以放射式配電方式送出的、采用TNS接地保護(hù)系統(tǒng)車(chē)站和區(qū)間維修用電每隔100m設(shè)一臺(tái)動(dòng)力插座箱，采用鏈?zhǔn)脚潆姡總€(gè)插座箱容量考慮15kW，每路僅考慮一個(gè)插座箱使用。地鐵動(dòng)力配電系統(tǒng)主接線圖見(jiàn)附圖B所示。正常運(yùn)行時(shí)，降壓變電所的兩臺(tái)配電變壓器分列運(yùn)行，分別承擔(dān)其供電范圍的一、二、三級(jí)負(fù)荷；當(dāng)一臺(tái)變壓器退出運(yùn)行時(shí)，三級(jí)負(fù)荷自動(dòng)切除，由另一臺(tái)變壓器承擔(dān)全所動(dòng)力照明一、二級(jí)負(fù)荷的供電。根據(jù)無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算結(jié)果，在降壓變電所的低壓側(cè)設(shè)置無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償裝置。AC35kV采用單母線分段接線方式，設(shè)置斷路器。當(dāng)其中一座主變電所故障退出運(yùn)行時(shí)（不考慮主變電所AC35kV母線和AC35kV環(huán)網(wǎng)電纜同時(shí)故障），設(shè)置在中山北路站變電所的AC35kV中壓網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘，由另一座主變電所承擔(dān)該兩座主變電所正常供電范圍內(nèi)的牽引負(fù)荷和動(dòng)力照明一、二級(jí)負(fù)荷。中壓配電網(wǎng)絡(luò)采用牽引供電系統(tǒng)和變配電系統(tǒng)共用AC35kV供電網(wǎng)絡(luò)的牽引—降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)。主變壓器 AC35kV母線。沿線各種功能變電所的分布如表 。該線北起開(kāi)魯路，經(jīng)翔殷路、黃興公園、虹口足球場(chǎng)、人民 廣場(chǎng)、大世界、老西門(mén)、西藏南路、耀華路等、至成山路，共設(shè)22座車(chē)站和一座車(chē)輛段[18]。35（10）kV系統(tǒng)經(jīng)小電阻接地， TNS接地系統(tǒng)。過(guò)電壓保護(hù)裝置可有效限制過(guò)電壓水平，保護(hù)重要設(shè)備。正常運(yùn)行時(shí)，充電單元負(fù)責(zé)全所直流用電，蓄電池在浮充電狀態(tài)。(4) 功率因素補(bǔ)償變電所采用低壓集中自動(dòng)補(bǔ)償方式，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償。③ 自動(dòng)裝置35（10）kV、自動(dòng)投切功能可在當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)方進(jìn)行投入/退出。② 繼電保護(hù) 繼電保護(hù)要滿足可靠性、選擇性、靈敏性、速動(dòng)性要求，并力求簡(jiǎn)化保護(hù)配置；供電系統(tǒng)各級(jí)保護(hù)應(yīng)考慮配合關(guān)系。當(dāng)一臺(tái)配電變壓器退出運(yùn)行時(shí)，可自動(dòng)或手動(dòng)投入開(kāi)關(guān)，由另一臺(tái)變壓器提供全部一、二級(jí)負(fù)荷用電。35（10）kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)設(shè)過(guò)電壓保護(hù)。地鐵動(dòng)力、照明負(fù)荷大多為一、二級(jí)負(fù)荷，因此降壓變電所必須按兩路獨(dú)立電源供電設(shè)計(jì)[12]。一般換乘站、帶折返線的車(chē)站以及車(chē)站長(zhǎng)度超過(guò)200的大規(guī)模車(chē)站，由于其負(fù)荷容量較大，供電距離較長(zhǎng)，設(shè)置一主所一跟隨所的方案較為合理；車(chē)站長(zhǎng)度低于200的一般車(chē)站，在節(jié)約投資的前提下，一所型式即可滿足供電方案。由于單機(jī)大容量設(shè)備還須從降壓變電所直接供電，所以仍存在一所型式的供電可靠性差的缺陷。① 降壓變電所為一所一室型式的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)離降壓變電所端的大部分設(shè)備從低壓配電室送出，供電負(fù)荷較一所型式有明顯地降低，從而減少了貫穿車(chē)站低壓電纜的數(shù)量。(3) 一所一室型式在車(chē)站一端設(shè)一座降壓變電所，另一端設(shè)一座低壓配電室。兩所間采用高壓聯(lián)系，在供電質(zhì)量、可靠性和安全性上有了根本提高，尤其突出體現(xiàn)在單機(jī)大容量設(shè)備的供電上。(2) 一主所一跟隨所型式在車(chē)站一端設(shè)一座主降壓變電所，另一端設(shè)一座跟隨式降壓變電所（跟隨所電源引自設(shè)在主降壓變電所的高壓開(kāi)關(guān)室）。① 降壓變電所為一所型式的供電方案的優(yōu)點(diǎn)整個(gè)車(chē)站的變配電設(shè)備集中設(shè)置在一處，減少了降壓變電所的設(shè)備投資。(1) 一所型式車(chē)站只設(shè)一座降壓變電所，位于重負(fù)荷一端。 降壓變電所 降壓變電所的設(shè)置與形式眾所周知，低壓供電半徑相對(duì)較小。這種方式一般以集中式供電為主，個(gè)別地段引入城市電網(wǎng)電源作為集中式供電的補(bǔ)充，使中壓配電網(wǎng)絡(luò)更加完善和可靠。在兩個(gè)相鄰電源開(kāi)閉所之間，設(shè)置起聯(lián)絡(luò)作用的牽引—降壓混合變電所，其電源分別來(lái)自其兩側(cè)的電源開(kāi)閉所，并通過(guò)在這種變電所的母線段上設(shè)置與電源開(kāi)閉所間的專(zhuān)用聯(lián)絡(luò)電纜，將相鄰的兩個(gè)電源開(kāi)閉所聯(lián)系起來(lái)。該方式中N+1路10kV電源為N個(gè)牽引降壓混合變電所供電，相鄰變電所間只有一路聯(lián)絡(luò)電源。圖 分散式供電、牽引—降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)（接線方式二）(3) 全線除末端牽引降壓混合變電所從城市電網(wǎng)直接引入兩路10kV電源以外，其余牽引—降壓混合變電所均從城市電網(wǎng)引入一路10kV電源，這路電源既是本變電所的主電源，又是相鄰變電所的備用電源，也就是說(shuō)，變電所的主電源直接來(lái)自城市電網(wǎng)的10kV電源，而備用電源則來(lái)自于相鄰變電所。(1) 全線的牽引—降壓混合變電所、降壓變電所被分成若干個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)一般不超過(guò)3個(gè)車(chē)站；每一個(gè)分區(qū)均從城市電網(wǎng)就近引入兩路10kV電源，兩路電源可以來(lái)自不同的地區(qū)變電所，也可以來(lái)自同一地區(qū)變電所的不同母線；中壓配電網(wǎng)絡(luò)采用雙環(huán)網(wǎng)接線方式；兩個(gè)相鄰分區(qū)之間通過(guò)兩路環(huán)網(wǎng)電纜聯(lián)絡(luò)。全線的牽引—降壓混合變電所及降壓變電所被分成若干個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)一般不超過(guò)3個(gè)車(chē)站；每一個(gè)分區(qū)均從主變電所35(10)kV的不同母線就近引入兩路35(10)kV電源，中壓配電網(wǎng)絡(luò)采用雙環(huán)網(wǎng)接線方式；兩個(gè)主變電所之間的分區(qū)間通過(guò)環(huán)網(wǎng)電纜聯(lián)絡(luò)。全線的降壓變電所被分成若干個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)一般不超過(guò)3個(gè)車(chē)站；每一個(gè)分區(qū)均從主變電所的35/10kV變壓器，就近引入兩路10kV電源；每座降壓變電所的兩路電源分別由主變電所或相鄰降壓變電所10kV不同母線引入，接至兩段母線，同時(shí)在降壓變電所的每段母線設(shè)一路出線，向相鄰降壓變電所供電；在各分區(qū)設(shè)有網(wǎng)絡(luò)開(kāi)關(guān)，正常運(yùn)行時(shí)該開(kāi)關(guān)分?jǐn)?，形?0kV開(kāi)口雙環(huán)網(wǎng)供電形式。上海軌道交通M8線一期工程即為集中式供電方案。降壓配電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)是地鐵配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中比較重要的一環(huán)。電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）由設(shè)在地鐵中央控制室的電力調(diào)度中心（主站）、設(shè)在各變電所自動(dòng)化系統(tǒng)（子站）及通信通道組成，擔(dān)負(fù)著全線供電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控任務(wù)[9]。地鐵集中式供電系統(tǒng)主接線圖如附圖A所示。地鐵供電系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著地鐵運(yùn)行所需電能的傳輸與供應(yīng)，是地鐵安全、可靠運(yùn)行的重要保證。，～。通過(guò)使用環(huán)氧樹(shù)脂干式變壓器可減少維護(hù)工作量和增強(qiáng)安全性，同時(shí)環(huán)氧樹(shù)脂干式變壓器較好的超銘牌運(yùn)行能力和抗短路能力，將給安全供電帶來(lái)可靠的保證。因此正常運(yùn)行時(shí)配電變壓器總?cè)萘繛?500kVA，在不考慮參差系數(shù)的情況下，配電變壓器負(fù)載率為70%。因此地鐵降壓變電所應(yīng)配備兩臺(tái)容量相等的配電變壓器，按照供電范圍內(nèi)的一、二級(jí)計(jì)算負(fù)荷選擇容量。 無(wú)功補(bǔ)償原理圖 無(wú)功補(bǔ)償矢量圖補(bǔ)償容量可按下式求得： ()式中，—補(bǔ)償容量，kVar；—有功功率之和，kW；—補(bǔ)償前功率因數(shù)角正切值；—補(bǔ)償后功率因數(shù)角正切值；、均為已知，經(jīng)計(jì)算=300kVar。功率因素的降低不僅會(huì)引起有功損耗，也會(huì)造成電壓降落，影響供電質(zhì)量。 延吉中路車(chē)站照明容量序號(hào)照明種類(lèi)總?cè)萘浚╧W）負(fù)荷類(lèi)型1站廳照明681II2站臺(tái)照明351II3區(qū)間照明161II4事故照明1811I5廣告照明901III負(fù)荷總計(jì)227其中I類(lèi)負(fù)荷18II類(lèi)負(fù)荷119III類(lèi)負(fù)荷90由于地鐵處于地下環(huán)境，所有的照明必須全部啟用。c)計(jì)算視在功率 ()式中，—用電設(shè)備總視在功率。② 除消防負(fù)荷以外，對(duì)上面所列的其余六個(gè)負(fù)荷組按照需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算；由于功率因素不盡相同，分別按需要系數(shù)及計(jì)算出有功功率和無(wú)功功率，再幾何相加求得計(jì)算視在功率。(1) 動(dòng)力負(fù)荷按照專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)，將動(dòng)力用電設(shè)備劃分為通風(fēng)空調(diào)、給排水、消防、弱電、 運(yùn)輸、安全防護(hù)及其它等七個(gè)負(fù)荷組成。二級(jí)負(fù)荷由降壓變電所I段或II段母線提供一路專(zhuān)用電源，在變電所處切換，必要時(shí)可以切除，如污水泵、雨水泵、普通風(fēng)機(jī)、自動(dòng)扶梯、直升電梯、正常照明、區(qū)間維修電源等。所以此法適用于設(shè)備臺(tái)數(shù)較少而容量相差較大的低壓分支線及干線的負(fù)荷計(jì)算。，可以考慮地鐵的需要系數(shù)應(yīng)能參考商業(yè)建筑的需要系數(shù)，～，本文將在后面的章節(jié)中通過(guò)對(duì)地鐵的需要系數(shù)進(jìn)行具體的計(jì)算來(lái)加以驗(yàn)證。用電設(shè)備臺(tái)數(shù)較多，各臺(tái)設(shè)備容量相差不懸殊時(shí)，宜采用需要系數(shù)法，一般適用于干線、配變電所的負(fù)荷計(jì)算。需求系數(shù)與用電設(shè)備的工作性質(zhì)、設(shè)備臺(tái)數(shù)、設(shè)備功率及功能的充分利用有關(guān)。后面的文章還將以具體的地鐵車(chē)站為例，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析得到地鐵的單位指