李旭东 段盼平
摘 要：随着新能源领域的快速发展和LED照明等直流设备的普遍使用，城市轨道交通直流设备的耗电量占总耗电量的比重越来越大，直流供配电关键技术将成为城市轨道交通发展的必然需要和方向。该文以太原市轨道交通2号线畜研所站、双塔西街站为例，对车站公共区直流照明系统进行设计，该方案具有简化配电线路、降低灯具损耗、提高用电安全性、提高电能质量、管理人性化等特点。
关键词：地下车站;公共区照明;直流集中供电;方案设计
中图分类号：
TM92 文献标志码：A
LED 照明灯具内置整流器存在效率低、谐波含量高、电解电容易损坏的缺点，目前在民用建筑和路灯照明等行业已经开始尝试使用全直流照明系统，笔者对太原地铁2号线畜研所站、双塔西街站公共区直流照明系统进行设计，为进一步探讨在城市轨道交通中使用全直流照明系统的可行性提供参考。
1 工程概况
1.1 双塔西街站
双塔西街站车站型式为地下二层岛式车站，车站总建筑面积13 778.6 m2，车站在设备层A端设置降压变电所，负担车站及相邻两个半个区间的全部动力、照明负荷。车站站厅两端分别设置环控電控室，站厅、站台、设备层两端分别设置照明配电室和电缆井。A端相邻半区间的长度为353 m，B端相邻半区间的长度为586 m。
1.2 畜研所站
畜研所站车站型式为地下二层岛式车站，车站总建筑面积14 373.6 m2，车站在设备层B端设置降压变电所，负担车站及相邻两个半个区间的全部动力、照明负荷。车站站厅两端分别设置环控电控室，站厅、站台、设备层两端分别设置照明配电室和电缆井。A端相邻半区间的长度为454 m，B端相邻半区间的长度为565 m。
2 设计原则
2.1 照明负荷分类
车站公共区设正常照明与应急照明，其中正常照明主要是指工作照明、节电照明、值班照明。节电照明和工作照明按车站布局间隔布置，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额10%。
2.2 负荷分级
公共区正常照明、疏散照明为一级负荷，其中疏散照明为一级负荷中特别重要的负荷。
3 系统指标及工作原理
3.1 主要技术指标
输出电压范围200 VDC～300 VDC，额定输出电流50 A（输出电压250 V时），最大输出电流66 A（输出电压260 V时），电压上升时间3 s～8 s（软启动时间），稳压精度≤0.5%。
3.2 系统构成及工作原理
直流照明系统由交流电源，电表，整流器，绝缘监测模块，控制器，配电机柜、LED灯具共同组成。交流输入为三相四线交流供电。电源模块把三相交流电整流为稳定的直流电，所有电源模块并联输出。直流集中供电智能控制系统组成原理图如图1所示。
4 照度标准
车站公共区各场所照度标准要求见表1。
5 供电方式
5.1 公共区正常照明
车站公共区的照明配电室内分别设置2个总照明配电箱以及2个直流供电柜，两段不同母线分别由变电所引至总照明配电箱，2个直流集中供电柜电源分别引自2个总照明配电箱，2个直流集中供电柜交叉向公共区正常照明供电。
公共区正常照明采用直流供电，在直流智慧照明控制系统内部可完成AC380 V整流为DC220 V（同时输出在DC200 V～DC300 V可调），整流电源模块化，N+X配置，支持热插拔。直流智能控制系统对LED灯具进行智能化控制。直流智慧照明控制系统内应具有的基本功能有智能调光/开关、数据采集、绝缘监察、过流/过压/短路等保护、对直流智慧照明控制系统故障检测报警、防雷等。可实现直流照明控制单元的照明分、断、调光等每个回路的就地控制功能。
5.2 应急照明
站台、站厅公共区应急照明及出入口通道应急照明由设置在站厅站台两端照明配电室的应急照明及指示系统进行供电。
6 控制器
公共区、出入口通道照明控制设两级控制，即车控室控制和照明配电室控制。公共区应急照明按长明灯设计。直流供电智能化控制系统为微机控制器，通过信息通信与上位系统连接，实现系统状态检测、亮度调光设置、设备状态输出、故障上报等功能，对设备运行进行实时监测控制。
7 照明灯具及材料选择
公共区照明灯具采用直流LED灯具，灯具可以接受DC 200 V～300 V直流供电，灯具LED驱动通过采样输入电压的动态变化，自动识别调光指令。
应急照明灯具满足《消防应急照明和疏散指示系统》GB 17945—2010要求。
工作照明、节电照明配电线路采用WDZB-BYJ导线进行配电，应急照明配电线路采用WDZBN-BYJ导线进行配电，疏散指示及应急照明分开回路配电。
所有电缆的燃烧性能不低于GB 31247—2014《电缆及光缆燃烧性能分级》中的B1级。
8 直流集中供电柜配置
为了达到更好的节能效果，该方案采用光效120 lm/w的LED照明产品，在满足相关标准规范条件《城市轨道交通照明》GB/T 16275—2008以及装修效果需求，经照度仿真，根据空间布置分为站厅/站台的 A/B区共4块区域，每个站点公共区域照明分为4块区域单独供电，其中筒灯1功率12 W，筒灯2功率18 W，T5支架灯功率14 W，灯具数量及直流柜配置见表2。
9 结论
目前的 AC 220 V 供电技术成熟，但存在供电效率低、谐波含量大的缺点，在城市轨道交通地下车站均使用 LED 光源的前提下，采用 DC 220 V供电，可有效解决 AC 220 V 供电存在的问题，同时还可以提高安全性。因直流供电只需要两芯线，使得整个系统的造价增加不多[1]。与交流照明系统相比，对后期运营要求主要差异是交流系统出现故障通常为单个回路故障，交流系统输入的供电能力不变，可单独维修单个回路故障。直流照明系统故障通常存在2个可能，一是回路出现故障，另一个是AC-DC模块电源出现故障。对于回路出现故障，可维修单个回路故障，如果冗余模块电源出现故障不会影响系统的供电能力。当故障模块未及时处理，累积故障模块过多，系统按额定功率计算供电能力不足时，系统会自动降低LED的功率保证直流照明系统的正常工作。对于AC-DC模块电源故障，系统会显示告警信息，通知维护人员更换AC-DC模块，模块电源维护方便，不用断电拔出故障模块，可直接插入进行模块更换。
该系统根据地铁的运行信息，外部环境信息及站厅和站台人流信息，实现自动开关灯和智能调光，系统还具备智能设定亮度参数功能，可实现定时分时调光，达到更好的节能效果。DC-DC 模块故障率远低于传统AC-DC驱动电源，其使用寿命基本能够匹配直流照明系统其他部件的整体使用寿命。
参考文献
[1]王德发，秦岭.城市轨道交通全直流照明系统设计探讨[J].都市快轨交通，2019（6）：63-66.
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