低壓配電與照明系統城市軌道交通供電系統認識11.1城市軌道交通供電系統的供電方式供電系統是城市軌道交通的動力能源，負責為列車和動力照明負荷提供電源。它不僅要保證為電力用戶提供安全、可靠、經濟的電能，還要保證城市軌道交通的安全、正常運行，防止各類電氣事故和災害的發生。城市軌道交通作為城市電網的一個用戶，一般都直接從城市電網中取得電能，無需單獨建設電廠，城市電網對城市軌道交通進行供電，供電系統從供電方式上看，有集中供電、分散供電和混合供電方式。1.集中供電在城市軌道交通沿線，根據用電容量和線路長短，建設專用的主變電所。主變電所進線電壓一般為110kV，經降壓后變成35kV或10kV，供牽引變電所與降壓變電所。主變電所應有兩路獨立的進線電源。集中供電，有利于城市軌道交通供電形成獨立體系，便于管理和運營。上海、廣州、南京、香港、德黑蘭地鐵等采用的是集中供電的方式。如圖所示。集中供電兩級電壓制集中供電集中供電方式的優點：①可靠性高，便于集中統一調度和集中管理。②施工方便，維護容易，電纜敷設徑路比較好走。③抑制諧波的效果較好。為減少諧波對電網的影響和危害，是采用較高脈波(24脈波)整流機組，二是選用較高電壓(110kV)的電源，因為大容量、高電壓電網的承受能力強，同時國標規定的諧波總畸變率和諧波電壓含有率比小容量、低電壓電網要低得多，而且也有利于今后集中采取高次諧波防治措施。④計費方便、簡單。采用110kV電壓集中供電方式，運行管理單位與電業部門的電度計費在主變電所設總計量就行，不必在各變電所分別計量。2.分散供電在地鐵沿線直接由城市電網引入多路電源構成供電系統。一般為10kV電壓級。分散式供電要保證每座牽引變電所和降壓變電所均獲得雙路電源，要求城市軌道交通沿線有足夠的電源引入點及備用容量。建設中的沈陽地鐵、長春輕軌、大連輕軌、北京城鐵、北京八通線、北京地鐵5號線等采用的是分散供電。如圖所示。分散供電3.混合供電將前兩種供電方式結臺起來，一般以集中供電為主，個別地段引入城市電網電源作為集中式供電的補充，使供電系統更加完善和可靠。北京地鐵一線和環線、建設中的武漢軌道交通工程、青島地鐵南北線工程等即為混合式供電方案。1.2城市軌道交通供電系統的組成城市軌道交通供電系統的根本作用是為城市軌道交通運營提供動力能源——電能。其供電電源一般取自城市電網，高壓電通過輸送或變換，以適當的電壓等級供給設備，以保證電源的供應。根據用電性質不同，城市軌道交通供電系統分為兩部分：由牽引變電所為主組成的牽引供電系統和以降壓變電所為主組成的低壓配電與照明配電系統。①牽引供電系統經由牽引變電所，將城市電網中高壓交流電降壓、整流后變換成為城市軌道交通需要的750V或1500V的低壓直流電傳遞給接觸網，以提供列車動力電源。②低壓配電與照明配電系統則是以降壓變電所為基礎，將城市電網10kV中壓配電降壓為380V/220V或660V380V的低壓電，包含照明系統和低壓配電系統兩個子系統，是城市軌道交通供電系統的重要部分，主要作用是為低壓設備提供和分配電能。下圖為供電系統與外部電源的供電系統圖，虛線上方為外部供電系統，虛線2下方為城市軌道交通供電系統，由城市軌道交通牽引變電所為主的牽引供電系統和以降壓變電所為供電起始端的低壓配電及照明系統。城市軌道交通供電系統結構低壓配電系統22.1低壓配電系統的構成和分布1.低壓配電系統的構成供配電系統均由三個部分組成，分別為：電源（即來源）、輸電線路和負荷。相應的，低壓配電系統對應的三個具體的構成分別為：低壓配電室開關柜、低壓電纜線路和設備配電箱。變電所內設有低壓開關柜，各級設備的負荷電源都從低壓開關柜接引，通過低壓電纜線路向各個用電設備配電。2.低壓系統設備室分布變電所低壓室、低壓配電室各一座分別布置在站臺層兩端，各負責半個車站及區間的負荷；環控電控室兩座布置在站廳層兩端，各負責半個車站的環控負荷；照明配電室四座分別在站臺和站廳層兩端；蓄電池室兩座，位于站臺層兩端。2.2低壓配電負荷的分類1.按照用途分類低壓配電負荷按用途分為動力和照明負荷兩類。動力設備負荷主要有通信、防災報警、信號、FAS、自動票務、屏蔽門、風機、空調器、氣體滅火、垂直電梯、污水泵、EMCS；扶梯、檢修插座；冷凍機組、空調水泵、冷卻塔、清掃插座。2.按照設備的重要程度分類低壓配電負荷按設備的重要程度分一級負荷、二級負荷和三級負荷。（1）一級負荷消防設備、通信、信號設備、自動售檢票設備、事故風機、排風機、排煙機、廢水泵、屏蔽門等。一級負荷設備極為重要，一級負荷設備的停電，將可能引發運營的延誤或者乘客疏散的困難，導致較大傷亡事故。因此一般采用兩路獨立電源供給，并配有備用UPS電源。（2）二級負荷一般風機、自動扶梯、直升電梯、污水泵等。二級負荷設備較為重要，二級負荷設備的停電，將可能引發運營的延誤或者乘客疏散的困難，導致一定程度受傷事故的發生，一般采用兩路獨立電源供給。（3）三級負荷空調機、冷水機組及清掃、檢修等設備。三級負荷相對重要性較低，三級負荷設備的停電，將會導致乘客舒適度下降，但一般不會導致傷亡事件的發生。2.3低壓配電設備的供電方式系統所供配電設備可分為車站降壓所直接供配電設備和環控電控室供配電設置。環控電控室一般設置在空調通風機房、車站一端或兩端。不同負荷不同供電系統的供電方式各有不同，以下做簡單闡述。1．一級負荷供電方式一級負荷設備，例如通信系統、信號系統、站控室等，系統由降壓變電所低壓柜Ⅰ、Ⅱ段母線（即兩路引自變電器電源）各引一路電源到設備附近，在設備末端設雙電源自動切換箱（相對集中的小容量一級負荷為節省投資而共用一個雙電源自動切換箱就近配電，即前述樹干式布線）。2.二級負荷供電方式二級負荷設備，如自動扶梯、排污泵等，系統由降壓變電所低壓柜Ⅰ或Ⅱ段母線引一路電源，當所在母線故障時母聯開關投入，由另一母線供電。當電網只有一路電源時，允許將其從電網中切除（人工切除）。3.三級負荷供電方式一級負荷設備，如環控三類負荷，冷水機組、空調機等，系統由降壓變電所低壓柜三級負荷總開關引來一路單電源，一路總進線電源故障時自動被切除，人工復位。在火災情況下，FAS直接切斷三級負荷總電源。2.4低壓配電設備的控制一般設備采用就地控制和綜合控制兩種方式。（1）就地控制指在設備附近，便于直接控制的控制方式。如自動扶梯一般都采用就地控制方式，事故狀態下才會采用綜控室聯動控制，緊急停止扶梯。下圖為自動扶梯的控制按鈕，其中，上方紅色為緊急停止按鈕，緊急情況下按此按鈕緊急停止。（2）綜合控制是指在車站綜合控制室有EMCS實現對風機、空調、水泵等設備的控制與監視，并將采集的信息送至中央控制室。除了以上兩種控制方式外，環控電控室直接的環控設備，如風機等同時存在環控電控室控制方式。即在環控電控室內可對各環控設備進行控制，以保證環控的整體運行。城市軌道交通照明系統33.1照明系統的功能及設計原則1.照明系統的功能城市軌道交通車站中的地下光環境較為特別，主要表現在長期沒有自然光，導致車站內外光度差異大。因此，在照明設計時，地下照明需經過細致的設計，以保證乘客的舒適性，環境的明亮。同時，車站照明應能夠輔助乘客更好地完成乘車等活動，并能夠保證在特殊、危險時刻的疏散活動；另外，城市軌道交通日益成為人們文化生活的一個部分，車站的功能也不單純是輸送乘客，不同地區的車站也需具備一定的藝術感染力和文化性。總之，城市軌道交通照明系統在車站設備當中起著至關重要的作用。2.照明系統的設計原則鑒于對城市軌道交通照明功能的多方要求，因此在設計的過程當中，需注意以下基本原則：（1）避免使出入城市軌道交通的人員感受過大的亮度差別。（2）保證停留在城市軌道交通內人員的安全和舒適的感覺。（3）光源的光色和燈具的安裝位置都不能導致信號和圖像相混淆。（4）照明方式按照視覺工作程度、照度、顯色性、配光及布置方法等因素選擇。（5）亮度標準。（6）燈具布置按照亮度充足均勻；維修方便、安全等因素選擇。（7）燈泡安裝容量小：布置整齊美觀；與建筑空間相協調；光線射向適當、無眩光、無陰影。（8）安全節能，并具有一定的設計感，反映車站主題和文化。3.2照明系統的分類城市軌道交通車站的地下地域特征及地鐵運營性質也決定了車站內照明種類的多樣化，進而決定了照明配電回路的數量不亞于動力用電回路。一般來說，城市軌道交通車站照明系統采用380V三相五線制、220V單相三線制方式供電。1.按照照明位置分類城市軌道交通照明系統范圍為車站降壓所變壓器后的照明設備、設備及線路。大致包括以下四大部分：（1）站臺、站廳公共區的一般照明、節電照明、事故照明、廣告照明。（2）出入口的一般照明、事故照明、廣告照明。（3）設備及管理用房的一般照明、事故照明、出入口的疏散誘導指示照明。（4）電纜廊道的一般照明及區間隧道的一般照明、事故照明。2.按照照明屬性分類按照照明屬性及其作用的不同，將照明系統分為不同的類型，主要有節電照明、標志照明、出入口照明、站臺站廳照明、廣告照明、事故照明、疏散誘導指示照明等。不同屬性的照明分別在不同的領域發揮其各自的作用，例如，標志照明保證乘客更為清晰快速地獲取標信息。3.接照重要性分類城市軌道交通照明負荷按照其重要性，可分為三個等級，此三個等級的分類與動力設備負荷分類原則相一致。一級負荷：節電照明、事故照明、疏散誘導指示照明、公共區工作照明。二級負荷：設備區域一般照明、各類指示牌照明。三級負荷：廣告照明。其中，一股照明是城市軌道交通車站地道、站廳、站臺內設置燈具最多的一種照明。這種照明用來保證乘客在城市軌道交通車站能安全地候車和上下車。3.3照明系統的配電方式照明系統根據其屬性、用途及重要性的不同，配電方式也多有不同。1.站臺站廳等一般照明配電一般情況下，車站站臺、站廳的兩端各設置一個照明配電室，室內集中安裝各類照明配電控制箱。在站臺兩端各設置一個事故照明裝置室。一般照明、節電照明、設備及管理用房照明的電源，分別在降壓所的低壓柜兩段母線上各饋出一路電源，與照明配電室的兩個配電箱連接，以交叉供電方式，向站臺、站廳，設備及管理用房供電。2.事故照明的配電事故照明作為車站發生突發狀況的“救命燈”，保證其正常的供電尤為重要，事故照明的具體配電方式，設置方式如下：（1）事故照明的配電方式事故照明正常采用交流雙電源互為備用供電，一路失電另一路接入電路。是由低壓所的低壓柜兩段母線上各送出一路電源，經事故照明配電室再送出給各事故照明。同樣，疏散誘導指示照明由事故配電箱分配給單獨回路供電，如此設計可保證事故照明不受到其他照明負荷的干擾，在事故發生時仍然可以正常使用。當兩路電源均失電后，事故照明由車站兩端設備的事故照明電源裝置一一蓄電池供電，電源裝置由蓄電池組、充電器和逆變器組成。具體原理為：當交流電源失去后，蓄電池提供220V直流電源供電，經過逆變器將直流電逆變為交流電輸出，一般可持續1h供電；當電源恢復后，又自動切換回交流380V供電，并利用整流器將交流電轉變為直流電給蓄電池充電，保證蓄電池持續帶電。（2）事故照明的設置方式①重要房間設置事故照明，事故照明亮度為正常亮度的10%左右。②站內通道每隔20m設標志燈，距地面小于1m③站臺、站廳及出入口為長明燈，不設集中控制。④側墻上誘導標志燈間距10-15m，高度距地面1m。⑤安全（疏散）出口標志燈應安裝在出口的頂部或靠近出口上方的墻面上。⑥標志燈的下邊緣距門的上邊緣不宜大于0.3m，并與疏散方向垂直。⑦標志燈的方向應指向最近的安全出口。⑧當安全出口或疏散出口位于疏散走道側面時，應在其前方位置的頂棚下設置疏散標志燈。3.廣告照明廣告照明分布于站臺、站廳公共區，采用日光燈燈箱的形式。一般由照明配電室配電箱統一分配供給，而在某些城市軌道交通車站，三級負荷的廣告照明與正常的其他照明的供電電源是分開的。4.區間隧道照明區間隧道照明均安裝在兩側壁。其中一般照明由設在站臺兩端隧道入口處，區間隧道一般照明箱配出，每間隔20m一個，一般為70w高壓鈉燈；疏散照明每隔20m一個，一般為36W熒光燈；指示照明，出口指示牌照明每間隔50m設置一個，各不同屬性照明交叉設置。3.4照明系統的控制照明系統的控制總的來說主要有就地控制、照明配電室控制、EMCS集中控制（自動控制）和低壓配電室控制。1.就地級控制各設備及管理用房進門處設有就地開關盒，可控制相應設備及管理用房的一般照明。區間隧道一般照明受設于隧道兩端入口處的區間隧道一般照明配電箱控制。2.照明配電室控制照明配電室設有相應照明場所的照明配電箱，可在室內集中控制相應場所的一般照明、節電照明、事故照明及廣告照明。3.EMCS集中控制EMCS集中控制主要指通過機電設備監控EMCS實現控制。在其控制下，事故照明應具有防災報警系統集中強啟動功能，照明系統通過讀取車站列車接發系統或旅客引導系統的信息，合理啟閉站臺燈具。其主要功能有：（1）具有系統聯網自動控制及人工控制功能。（2）具有按車次信息進行自動啟閉燈具和降功率二次節能的功能。（3）具有人工干預功能：可對列車晚點、更改站臺股道、加開臨客、車次停運進行人工干預。（4）具有查詢功能：可按站臺、車次等查詢照明工作情況，按通道、終端查詢設備參數情況。（5）具有檢錯功能：線路、接口設備、終端邏輯控制編、譯碼器故障均能自動顯示在監器上，對操作人員的錯誤操作具有漢字提示及操作指導。（6）具備直接發送功能：可直接向任一控制終端發送干預信息。除了以上所講控制方式，在各個控制照明的配電箱，低壓配電室的開關柜也可以對照明系統進行控制，在此不再贅述。3.5車站照明常用燈具的選擇燈具選擇過程當中根據亮度的要求、顏色以及節能的角度來考慮。地下車站照明以熒光燈為主，事故照明采用白熾燈。區間照明及站臺下、折返線查坑、車輛段檢查坑內的安全明采用白熾燈。隨著科技的發展LED燈具也日益發揮其節能耐用的優勢，得到了越來越多的應用。另外，不同位置的照明需要具備其自身的特點，進行特別的設計。以下