地铁区间中间风机房供电探讨
摘 要:研究目的:探讨地铁地下区间中间风机房最优配电方案，保证事故情况下大功率隧道风机能可靠启动，把地铁事故危害降低到最小。
研究结论:地铁地下区间中间风机房有功率90 kW风机两台，风机房总负载容量超过200 kW，且配电距离超过250 m的情况下，设计中一般采用高压配电方案。大功率风机选择软启动方式，可有效降低变压器低压侧的电流，可选变压器容量变小，在事故情况下两台风机能同时启动，风机房投资经济，运行可靠。
关键词: 中间风机房; 低压供电; 高压供电; 软启动
1 概述
随着城市轨道交通的迅猛发展，地下铁路在各大中心城市相继修建，根据地形地貌和市政管网条件以及线网规划等多方因素，地铁线路中出现了许多长大区间。根据隧道通风系统技术要求，超过1 900 m的地下区间大都要设置区间中间风机房(简称中间风机房)。中间风机房主要设备有2台大容量隧道风机，小容量送风机和排风机，以及小容量排水泵，少量照明用电等，总负荷在200 kW左右。对于风机房的配电，在当前设计人员中存在很多观点，现在笔者就根据一个既有地铁线路的实际案例来探讨地下区间风机房的配电。
2 设计条件
深圳地铁龙岗线莲花村站与华新站之间区间长达1 934 m，在区间中部设置有区间中间风机房，中间风机房电源从莲花村站引接。莲花村站车站中心里程YDK 8+436．000，区间风机房中心里程YDK 9+265．265，区间风机房距离车站中心距离829 m，距离最近一端的变电所距离是769 m。机房负载情况是:一级负荷总计200 kW，其中90 kW隧道风机2台，二级负荷总计60 kW。
3 方案分析
在考虑给远距离集中负荷配电的时候，设计人员通常都要分析比较配电方案。首先要确定是低压供电还是高压供电。《民用建筑电气设计规范JGJ 16—2008》第3．4．2条规定:“当用电设备总容量在250 kW以下或变压器容量在160 kV·A以下时，可由低压供电”。基于这个规定，首先分析低压供电的可能性。
3．1低压供电
低压供电，从相邻车站变电所两段低压母线各出两回380 V低压电源到区间风机房，双电源切换后给风机房一半负荷供电。从车站最近一端变电所至区间风机房低压电缆长度850 m(考虑隧道敷设裕量)，选择WDZBN－YJY－1 kV－3×240+2×120电缆，负载计算电流246．9 A，电缆电压降11．3%，不满足电气设备电压偏差允许值(正常情况下电气设备端子供电电压偏差允许值±5%，特殊情况下，电气设备端子供电电压偏差允许值:+5%～－10%)的要求。另一方面，三芯240 mm2的交联聚乙烯绝缘电力电缆价格是798～866元/m左右，光是这部分低压电缆价格就是283万左右，比起高压供电增加的部分设备投资要高的多，且供电可靠性低于高压供电方案。因此不考虑低压供电。
根据工程设计范围内的文件，我将方案一与另外两个地区的地铁区间风机房的配电方案做了一个比较，如表1所示:低压配电方案比选。
从以上比较，我们可以发现，决定低压配电方案的主要因素有供电距离、负荷容量、电压降、投资等，根据供电距离和负荷容量计算出来的电压降若满足电气设备电压偏差允许值，则可考虑用低压方案供电。然而，有人会提出将莲花村中间风机房的二级负荷单独从变电所出一个回路供电，另外两回一级负荷供电的电压降就降下来了。从技术方案上看似乎可行，但是从经济投资比较上看，低压电缆的投资额非常大，远远大于采用高压供电所新增的设备投资。同时，根据2003《全国民用建筑工程设计技术措施－电气》第2．3．1电压等级与供电系统:“当用户的计算容量为200 kV·A或用电设备单台功率大于等于250 kW;当供电距离大于250 m，计算负荷大于100 kV·A者，宜采用高压供电”。因此，对于长大距离的区间风机房配电来说，供电距离超过了低压供电半径的情况下，我们一般选择高压供电方案。
3．2高压供电
高压供电，从相邻车站高压室两段高压母线各出一回35 kV电源到区间风机房，设置35/0．4 kV变电所，按一级负荷配置，两台变压器分列运行，单母线分段，每段母线各带一半负荷运行，如图1所示。根据带负荷情况，选择配电变压器和风机控制方式是区间风机房配电设计的主要难点。
3．2．1变压器的计算容量
该区间风机房总功率260 kW，如果考虑同时系数取1，功率因数取0．8的情况下，计算的视在功率325 kV·A，根据出厂规格拟选择400 kV·A的变压器。
此计算方法没有考虑大功率风机的启动电流对变压器低压侧的冲击，风机启动大流往往大于变压器低压侧可耐受电流值，导致风机不能正常启动。
3．2．2风机控制方式的选择
90 kW隧道风机额定电流是171 A，直接启动电流是额定电流的5～7倍，同时由于隧道通风系统要求，在事故情况下，两台隧道风机要求一前一后同时启动，则启动电流达到额定电流的6～8倍。在设计时必须考虑到大风机同时启动时产生的大电流跟变压器低压侧允许通过的电流值的配合问题，因此降低启动电流是设计的关键。
《民用建筑电气设计规范JGJ 16—2008》第13．9．6中规定“消防设备的控制回路不得采用变频调速器作为控制装置”，因此在该区间风机房的两台90 kW隧道风机不能采用变频启动，进而考虑软启动方式。单台风机软启动电流为额定电流的3倍，两台90 kW风机采用软启动方式一前一后同时启动时的电流为1 026 A，反算出的变压器视在功率为474 kV·A左右，考虑其他一些小负载影响，选择变压器时宜为500 kV·A或630 kV·A两种容量。
3．2．3存在的问题
根据第一条和第二条的计算，在实际设计中宜采用最大的容量。然而，各地方城市轨道交通工程的设计图纸中，出现了根据上面第一条的计算来选择变压器的情况。由于目前还没有出现最不利条件，即变电所只有一路电源供一台变压器运行且需要火灾情况下事故风机同时启动的情况，事故后果也没有例子可供借鉴，因此变压器选择没有引起设计者的足够重视。本着设计的安全性和可行性，笔者建议在变压器容量选择时，宜结合上述两种方法来选择计算的最大值作为工作变压器的额定容量。
4 结论
由于城市轨道交通往城市郊区拓展，城市区域扩大，轨道交通网络越来越大，越来越复杂，长大地下区间越来越多，区间风机房的存在成为一种必然，它的设计问题也日益凸显，愈发引起设计人员的重视。我们应保证在设计安全可靠的前提条件下，再考虑设计的经济性，投资的合理性。要科学合理的分析高、低压供电的优劣，根据实际情况选择供电方案。地铁车站变电所设置模式有一个降压所，一个降压所和一个跟随所，一个降压所和一个低压配电室这三种情况，车站是否设置跟随所或低压室，可以参考区间风机房的设置要点。
随着城市轨道交通的迅猛发展，给人们的生活和出行带来了舒适、便捷，也带给我们设计人员许多未曾面对的技术难题。由于轨道交通在国内的运行时间也只有几十年的时间，许多设计中隐隐存在的问题在运营中还未曾暴露出来，因此要求设计者在工程设计中严格依据各种设计规范和技术要求，保证工程设计和司乘人员的安全。
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