笔者针对四号线低压配电系统的设计进行介绍总结，希望能够为以后的轨道交通建设提供一个比较的平台，使地铁中的低压配电系统越做越完善。本文着重介绍总结四号线的低压配电系统的设计工作，包括系统的工作模式、系统的接口及其处理办法、低压系统的设备选择、低压系统计算书及施工图纸的设计以及在施工过程中遇到的问题及解决方案。

1.系统描述

1.1 简介

低压配电专业顾名思义，为车站低压设备提供电源。低压配电上口由高压10kV引来电源，供至车站降压所10/0.4kV变压器，将10kV电源降为低压设备所需的380/220V电源，从而为车站的用电设备供电。

1.2 系统工作模式：

1）正常运行模式：

正常时，两路10kV电源经变压器降压后，分别向两段0.4kV母线供电，0.4kV母线为单母线分段运行，母联开关断开，分别承担各自的用电负荷。

2）故障运行模式：

当一路电源失电时，切除全部三级负荷，由另一路电源承担全部一、二级负荷的供电，母联开关闭合；当故障电源恢复供电后，自动断开母联开关，母线分段运行，自动返回正常运行模式；进线开关、母联开关以及三级负荷总开关应具有自投自复功能。

3）火灾运行模式

当发生火灾时， FAS系统发出指令，由设于断路器处的分励脱扣器切除火灾区域内全部非消防电源。当FAS系统确认灾情处理完毕后，发出解除指令，由人工恢复火灾区域的正常供电。

1.3 低压配电的接口

低压配电专业主要与以下专业存在接口：供电专业、SCADA、FAS、BAS、动力照明。

1.3.1供电专业是低压的上口，即高压部分，与低压接口位置在配电变压器的进线端子处，是车站用电设备的电力来源。低压配电专业需要将配电变压器的容量提给供电专业。

1.3.2 SCADA（电力监控系统）：变电所设置的0.4kV进线开关、母联开关、三级负荷总开关设置本体智能控制单元、通信模块、联锁控制PLC等（均设于开关柜内），由SCADA系统负责监控。除具有遥测、遥控、遥信功能外，还具有联锁控制和自投自复功能。

1.3.3 FAS系统：上面谈到低压配电工作模式之一是火灾模式，FAS系统在火灾情况下，需要切除非消防电源，低压配电专业应在非消防回路上配置脱扣器，作为切非之用，同时应将哪些回路需要切非提给FAS专业。

1.3.4 BAS系统：低压柜的进线母线三相电压、三相电流、车站主送排风机、冷水机组馈出回路的三相电流等需要由BAS系统进行监测，与SCADA不同的是，BAS系统不能对低压柜进行遥控。

1.3.5 动力照明系统：低压配电与动力照明是密不可分的，动力照明是低压的下口，与低压的接口在低压柜馈出回路开关下口。动力照明专业应向低压专业提供各回路所需的用电负荷。由低压配电专业进行负荷计算后，确定变压器容量及每段母线所分担的用电负荷。

2.低压配电设备

2.1 简介

低压开关柜为封闭式户内成套设备，其功能为向北京地铁四号线车站及区间所有低压用电设备供电。低压开关柜应该满足地铁的环境条件，技术先进、生产工艺成熟可靠、结构紧凑、便于安装和维护。四号线的低压开关柜采用抽屉式柜体，便于运营维护，此种柜体为目前低压柜的发展趋势。

低压开关柜主要分为以下几类，名称及功能见下表：

2.2 重要技术指标

北京地铁四号线低压配电系统采用三相四线制配电系统和TN-S接地保护系统。系统参数见下表。

3.低压配电设计

3.1 负荷计算

首先要根据用电负荷进行负荷计算，这是低压设计的依据。根据其他专业条件，在低压柜上无一遗漏的留出低压馈电回路，同时要适当留有备用回路，以防有所增加。对每一回路的负荷要计算出电流大小，根据计算电流及开关的选择性配合选定低压的馈线开关。对于需要切除的回路要相应的配好脱扣器。

每条回路的开关选好后，需要进行变压器及电容器的选择，目前我们通常采用的是需要系数法进行负荷计算。功率因数、需要系数、同时系数对变压器的选择起着关键的作用，这些系数并不是固定的，手册中也只有部分设备的参考系数。对于这些系数的确定，需要根据实际设备运行的工况，根据经验并参考手册得出。下表为低压负荷部分计算表：

根据负荷计算表，即可计算出所需变压器的容量，同时确定进线开关的大小以及电容的大小，负荷计算中还应算出变压器的负荷率，包括正常工况下的负荷率和故障工况下，一台变压器带两段母线时的负荷率。一般正常工况下的变压器负荷率在70%-80%比较适宜，故障情况下只要一台变压器能够满足全部一二级负荷即可。

下表为电容器的选择（仅列出一段母线电容器计算方法）：

下表为变压器的选择（仅列出一段母线变压器计算方法）：

3.2 施工图纸设计

两台变压器所带的两段母线应尽量使负荷均匀，不要都集中到一段母线上。四号线对于照明回路设计了照明母线，对照明的电量进行单独计量，三级负荷也设置了三级负荷总开关，便于统一切除三级负荷。

同时四号线要求标出哪些回路是火灾时不切除的，统一放到消防柜中，柜子生产时会涂红，用以与普通馈电柜的区分，而且火灾时，便于相关人员确认哪些回路是带电的。四号线还设置了事故电源柜，该作用为本站及临站的应急照明系统供电，以使应急照明系统更加可靠。下图为低压单线图纸部分内容。

图纸中除反应出负荷计算书中的内容外，还应包括回路编号、开关型号、以及计量设备、指示灯、辅助触点等附件。按照标准图集中施工图纸的深度进行施工图纸设计。

低压单线图纸为低压的系统图纸，在低压系统设计中，还应包括降压变电所的平面排列图纸，这是施工单位施工时的重要依据，低压柜及变压器的排布要依据设计规范要求，满足柜间距、与墙距离的要求，做到尽量合理。同时按照平面排列图的位置需要给出预留孔洞、预埋槽钢，为施工安装做好准备。

下图为降压变电所的平面排列图纸。

3.3 低压开关的整定

在低压系统设计中，需要对开关进行整定。开关作为保护导体（电缆）时，开关的整定电流只要大于负荷的计算电流，小于电缆的负荷电流即可。对于进线、母联这种大开关，一般选择三段或四段保护，馈出回路开关如果选用电子脱扣器的话，其整定范围为：0.4-1倍，若为热磁脱扣器，其整定范围为：0.7-1倍。四号线250安以下的馈出回路选择的是热磁脱扣器，250A以上的馈出回路开关选择的是电子脱扣器。母联开关的整定一般考虑比进线开关小一级，主要考虑到母联动作时，不会导致进线开关同时动作。 还需考虑与下级的配合，即上级的整定要大于下级．这只是简单做法，严格起来还要按负荷及线路性质进行短路效验。

下表为四号线某车站部分低压开关整定值表。

L：长延时过流保护； S：短延时过流保护； I：瞬时过流保护； G：接地故障保护。

接地故障保护一般都是关掉的，因为地铁中接地和杂散电流一直是个争议，其接地故障发生频繁，如果设置接地故障保护，容易引起经常性跳闸。

对于热磁式脱扣器的开关，只需调整其整定系数即可，其他都是出厂就固化的参数，不可调。

4. 四号线低压配电系统在实际中遇到的一些问题

4.1.1 有些车站变电所是长条形的，而且是上出线方式。里面的低压柜排列是按“一”字形排列，母联柜一般都处于一排柜子的中部，而且母线桥做得很宽，安装高度也不高，距离柜顶只有200mm高，这样将母线桥装上之后，就影响了馈电柜的上出线。最后解决方法是更换母线桥，使用密集型母线桥，其宽度要比普通的母线桥小很多，这样可以和上出线的馈电回路错开。

问题总结：1）以后尽量不做成既一字排开的柜排列，又是上出线的柜子。2）在招标时应明确使用密集型母线桥，此种母线桥比较先进，但价格较贵。

4.1.2低压柜跨越伸缩缝。陶然亭站的伸缩缝正好在低压柜位置，无法躲开。不得不在伸缩缝处将柜子断开，上面用软母线连接。

问题总结：这个做法很复杂，而且费用较高。以后的项目中不要将伸缩缝留在变电所内。会带来很大的不便，低压专业在与土建的配合时也应注意一下。

4.1.3 四号线的事故电源柜用途不大。事故电源柜是传承老线的做法，为了给应急电源提供更高的可靠性保证。然而其费用很大，光是区间的电缆造价就很高。而且应急电源由两路市电供电后又有后备电池作保障，已经足够可靠。故最后四号线的事故电源柜取消了临站的供电电缆，由本站两路供电。实际已经失去了意义。以后的项目中可以取消事故电源柜，可以节省投资。

5.总结

低压配电系统在地铁设计中具有举足轻重的地位，其设计思路也富于变化，在以后的地铁线路设计中应不断总结，取长补短，形成统一优质的设计方法。

（摘编自《电气技术》，原文标题为“北京地铁四号线低压配电系统设计总结”，作者为沈文杰。）