地铁与轻轨设备系统.ppt

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1、第六章 地铁与轻轨设备系统,第一节 供配电系统第二节 通风和环境控制系统第三节 给排水及消防系统第四节 通信和信号系统第五节 自动售检票系统,第一节 供配电系统,一、供电方式二、负荷等级三、供配电系统内容四、供电系统管理自动化五、车站动力、照明六、车站人防电气设计七、防雷与接地八、杂散电流防护,一供电方式,集中式供电 投资大，可靠性灵活性高，客流量大 分散式供电 要求足够的备用容量 混合式供电,二负荷等级,一级负荷 车站站厅通信信号 事故照明等。二级负荷 车站内一般照明一般风机直升电梯等。三级负荷 广告照明电热设备清洁机械设备等。,三供配电系统内容,供配电系统设计 根据建设要求，同电力部门协商

2、地铁变电所 主变电所牵引降压混合变电所牵引变电所降压变电所变电所选址原则靠近负荷中心电缆线路引入方便,设备运输方便独设变电所易靠近地铁线路，同城市规划相协调主变电所 总变电所，两主变压器，两回专用线路牵引供电系统直流牵引系统，牵引变电所牵引电网由接触网和回流网组成接触网（双边供电）：接触轨架空接触网,降压变电所范围：车站内用电负荷及区间内的用电负荷；12座，接线型式为D/Yn11,高压侧10kV,低压侧0.4kV。变电所的一次接线原则：可靠的基础上力求简单；主变电所：高压侧采用单母线分段，中间不联络；低压侧采用单母线分段中间加联络开关；,牵引变电所：高压母线设成备用电源自投的单母线接线方式；降

3、压变电所：高压侧设成单母线分段；低压侧为单母线分段加中间联络开关。变电所内设备选型及安装技术功能要求，成套开关柜，防潮燃爆耐火；室内配电装置各种通道的最小净距见表6-1。,室内配电装置通道最小净距 表6-1,四供电监控系统管理（SCADA）自动化,控制站系统 工作主机通信设备模拟屏等设备被控站系统 设置RTU，子系统，集中监控通讯系统,五车站动力照明,负荷等级及供电要求一级负荷二级负荷三级负荷交直流屏供电低压母线车站动力设计动力设备采用放射式配电环控设备采用环控电控室集中配电特大负荷由降压室电所配电,动力设备的选择及控制方式1）动力设备选择 环境技术工艺经济等要求，优选国产设备2）控制方式 就

4、地距离远程自动控制电缆选择及敷设方式1）铜芯耐火（阻燃）电缆2）沿电缆桥敷设，相关尺寸及距离见表62,电缆敷设相关尺寸及距离 表6-2,车站照明设计照明电源电压及配电形式 0.4kV，36V，220V，交直流电，放射式配电照明的供电原则及控制方式 分组控制，集中控制照度标准（表63）光源选择 功率因数0.85电线电缆的选择及敷设方式 电缆，耐火型（阻燃型）铜芯电缆 电缆桥支架敷设或内部敷设,地下铁道内照度标准 表6-3,六车站人防电气设计,人防区域内电源的容量应能保证满足车站内的各类战时设备的用电；引接人防区域内电源的供电系统应与车站降压变电所的供电系统有机结合。引接人防区域内电源的供电系统原

5、理如图64所示；其他设施。,图6-4 人防区域内电源的供电系统原理图,七防雷与接地,供电系统中电气装置与设施的外露可导电部分，除有特殊规定外，均应接地；地面与地下交界处（隧道口）的接触网设置线路避雷器，防止雷击；各变电所在高压母线处设置避雷器；各车站设置综合接地网。,八杂散电流防护,防护原则：“防为主、以排为辅、防排结合，加强监测”“防”：隔离控制所有可能的杂散电流泄漏途径，减少杂散电流进入轨道交通系统的主体结构设备及沿线附近的相关设施；“排”：设置杂散电流的收集系统，可将杂散电流尽量限制在本系统内部防治杂散电流继续向本系统以外泄漏；,“测”：设置完备的杂散电流监测系统，监测杂散电流的大小，为

6、营运维护提供依据。措施：轨道和直流设备采用绝缘法安装 利用整体道床内结构钢筋的电气连接利用地下隧道、车站结构钢筋的电气连接建立杂散电流监测系统金属管线均应进行绝缘处理,第二节 通风和环境控制系统,一、概述二、舒适图和PMVPPD指标三、地铁环境控制特点四、地铁环控系统分类五、得热量计算六、通风量计算七、防排烟系统八、阻塞通风和通风空调设备,一概述,地铁环境与设备监控系统（BAS）的设计应针对地铁的特点和各城市的气候环境、经济情况，设置不同水平的BAS。地铁的通风与空调系统应保证内部空气环境的空气质量，温度、湿度、气流组织、气流速度和噪声等均能满足人员的生理及心理条件要求和设备正常运转需要。,二

7、舒适图和PMVPMD指标,菱形面积，0.60.8CLO；另一块平行四边形面积,0.81.0CLO；重叠处是推荐的设计条件。,图65 ASHRAE舒适图,PMVPPD指标，即1984年国际标准化组织提出的评价与测量室内热环境的新标准化方法；PMV（Predicted Mean Vote）是预期平均评价，代表了对同一环境绝大多数人的冷热感觉。见表64；PPD（Pedicted Percentage of Dissatisfied）是预期不满意百分率，表示对热环境不满意的百分数。,PMC热传感标尺 表 6-4,在PMV0处PPD5%，即使室内环境为最佳状态，由于人们的生理差异，还有5的人感到不满意。

8、ISO7730对PMVPPD指标的推荐值为：PPD10，即PMV值在0.50.5之间，相当于在人群中允许有10的人感到不满意。,图6-6 PPD与PMV的关系,三地铁环境控制特点,地铁内部有四个要求不同的环境：地铁车站的站厅和站台地铁车站内的管理用房和设备用房区间隧道车厢内,地铁环境控制的主要特点：基本上与外界隔绝车站和车厢的照度、色调、装饰和布置释放大量的热 噪声不宜消除“活塞效应”发生事故不易救援,四地铁环控系统分类,开式系统:“活塞效应”25运量小活塞通风:活塞比0.4 活塞作用机械通风:横向纵向风井闭式系统:温度 25运量大,180屏蔽门系统:屏蔽门隧道用通风系统车站用空调系统,五得热

9、量计算,列车运行产热“过程法”列车起动加速过程产热量,(6-1),(6-2),(6-3),(6-4),式中：Qn起动加速过程产热量（kW）；Qd列车动能的变化（kW）；Qh列车位能的变化（kW）；WF牵引功（kW）；1电机与机械传动系统的总效率；m列车与乘客的总质量（t）；V1、V2起始与终了状态的速度（ms）；h1、h2起始与终了状态的高程（m）；g重力加速度（ms2）；V平均速度（ms2）；L每个计算点间距离（km）；n1、n2修正系数。,列车匀速运行产热,式中：2匀速运动时，列车电机与机械传 动的平均效率。,式中：QJ制动过程产热（kw）；3制动过程列车电机与机械传动的效率；f再生制动回

10、收率。,所以列车运行产热量：,(6-5),(6-6),(6-7),制动过程产热量,照明散热,车站内照明一般给出单位面积照明负荷、区间隧道照明一般给出每米隧道长度照明负荷，因此可按下式计算：,式中：Q3 车站照明散热（Wm2）Q3区间隧道照明散热（Wkm）；F车站站厅和站台面积（m2）；L计算区段隧道长度（km）；Wg1车站单位面积照明指标；Wg2区间隧道照明指标。一般Wg1可取22Wm2、g2可取6 000Wkm。,(6-8),接触网散热,式中：Q5列车授流时三轨发热量（W）；I计算区段流经三轨的平均电流量（A）；R三机的电阻R1及走行轨电阻R2之和，一 般 R17.5km，R29.4/km。

11、,(6-9),人体散热,可根据乘客所处的位置，分为车站上人体散热和车厢内人体散热。,式中：Q1人体在车站上散热（W）；1车站每小时客流（s）；2乘客在车站停留时间（s）；q乘客散发的热量(Wh人）。,人体在车站上散热：,(6-10),人体在车内散热，最终传至隧道内。l）列车装有空调时：,式中：Q2人体在车内散热量（W）1列车在计算区段内运行时间（S）2列车在计算区段内停站时间（S）QL列车空调冷凝器散热量（W）,(6-11),2）列车不设空调时：,(6-12),式中:n车厢平均乘客数量（人节车厢）,设备散热,设备散热一般包括机房设备、广告栏、售检票设备、自动扶梯等。一般可根据设备负荷和各设备效

12、率进行计算。,围护结构土壤传热过程是不稳定的传热过程，计算较复杂。工程应用中是以求设备容量为目的，往往简化为稳定的传热过程来计算。,围护结构土壤传热,六通风量的计算,排除余热量所需通风量,式中：L1排除余热所需风量（m3h）；Q计算区段的总得热量（km）；Qc计算区段的总传热量（km）；p空气密度（kgm3）；C空气比热容（kJkgK）；tp 排出空气的温度（）；tj进人空气的温度（）。,(6-16),消除余湿所需风量：,式中：L消除余湿所需风量（m3h）GSh余湿量（gh）dp排出空气含湿量（gkg）dJ进人空气含湿量（gkg）,(6-17),若车站自成送排风系统时，车站的热量以该计算区段总

13、得热量的 67计算；传热量只计算车站传热面积中的传热部分。,排除二氧化碳所需风量,地铁内的二氧化碳主要来源于乘客散发。隧道衬砌产生的二氧化碳，因其数量很少，工程上可忽略不计。,式中：C计算区段内二氧化碳散发量（m3h）；CY地铁内空气中二氧化碳的最高容许浓度（Lm3）；CJ进人空气中二氧化碳的浓度（L/m3）。,(6-19),按乘客所需新鲜空气量计算风量,式中：n计算人数；E最少新风量，取 30m3人h。,(6-20),七防排烟系统,地铁排烟标准车站站厅和站台的标准。排烟量按每分钟、每平方米建筑面积 1m3计算。防烟分区的建筑面积750m2，排烟设备耐温150，持续工作1h；区间隧道标准。区间

14、隧道的排烟量是按其流经隧道断面的流速不小于2ms计算。但其流速也不应大于11mS，以免影响乘客疏散。排烟设备耐温150，持续工作1h；,车站管理用房和设备用房标准。除了因设备特殊要求而按其要求设计外，其余的地方排烟量按每分钟、每平方米建筑面积1m3计算。防排烟系统与运行系统设置 站厅和站台一般是与正常通风的排风系统兼用的；区间隧道的排烟系统宜用纵向一送一排的推拉式系统；,设备管理用房的排烟设计是根据管理用房的要求设置的，应根据相同的使用要求划分在一个系统中。排烟系统的运行车站站台着火时，应在站台排烟，由站厅送风；站厅着火时，由站厅排烟，站台送风；隧道内着火时，应尽可能将列车驶至车站，让乘客撤离

15、。,八活塞通风和通风空调设备,阻塞通风 列车因非失火的其他故障不能正常行使而停在区间隧道时的通风消声器 机房内噪声90dB(A),传至各房间内噪声60dB(A)风亭 直线距离5m,排进风口高差5m,进风亭格栅底部高出地面2m,绿地内时1m,隧道通风机 风量为4090m3/s，风压为8001200Pa，轴流式风机组合风门 多个单元阀门组合,第三节 给水排水及消防系统,一消防设计二给排水设计,一消防设计,设计原则：地铁消防设计贯彻“预防为主，防消结合”的原则；消防用水量按照全线同一时间内发生一次火灾考虑；车站所有用水水源均采用城市自来水，不设备用水源；消火栓布置，按照任何位置失火，同时要有两股水柱

16、到达的原则；,消防与车站内的生产、生活给水系统分开设置；除气体灭火采用进口产品外，其余均尽可能采用国产设备；仅在设有商业网点开发的车站设置自动喷水灭火系统，其他车站设消火栓给水系统与化学灭火设施及灭火器；区间隧道内仅设消火栓给水系统。,设计规范地下铁道设计规范（GB 501572003）；建筑设计防火规范（GBJ 1687）（修订本）；建筑灭火器配置设计规范（GB 501402005）；自动喷水灭火系统设计规范（GB 500842001）；人民防空工程设计防火规范（GB 5009898）；洁净灭火剂灭火系统标准（NFPA 2001）。,消防水源 一般不设消防水池，设消防增压泵站，两路进水消火栓

17、消防系统服务范围为车站本身及其两端1/2区间最低点消火栓压力0.5MPa25m的通道内设置消防箱水幕消防系统主要设在站台层与站厅层的自动扶梯及楼梯口；,总用水量为60L/s,最不利点喷水量不小于0.5L/sm；干式雨淋系统,水幕增压泵,国产开式水幕喷头,DN100地上式水泵接合器。自动喷水灭火系统 中危险级别,湿式自动喷水灭火系统,流量30L/s,最不利点水压50kPa,系统作用时间1h气体灭火系统 烟烙尽气体灭火剂,全淹没自动灭火系统,中危险级别A类,消防排水 废水池废水泵房管材DN100的消防给水管采用镀锌钢管,丝扣连接；DN100的消防给水管采用无缝钢管镀锌,二次安装,法兰连接。,图6-

18、12 地铁2号线某车站消火栓和喷淋系统及排水设施布置示意图,二给排水设计,设计原则遵循节约用水和综合利用的原则；给水系统设计须满足车站生活与生产对水量、水质和水压的要求；车站所有用水水源均采用城市自来水，不设备用水源；水泵等给水排水设备的选型，本着尽可能采用国产设备，采用技术先进、安全可靠、经济合理和高质量的产品的精神；,生活饮用水水质须符合国家现行生活饮用水卫生标准；排人市政下水道的污、废水，其主要水质指标必须符合有关市政接管水质标准；水泵按照常规设计，设置可曲挠橡胶接头、阀门、止回阀等。水泵基础设置减振装置；管道从出人口、风道或专用通道进出车站，不能随意穿侧墙。,设计规范地下铁道设计规范（

19、GB501572003）；建筑给水排水设计规范（GB500152003）；室外给水设计规范（GB500132006）；室外排水设计规范（GB501012005）；生活饮用水卫生标准（GB57492006）；污水排人合流管道的水质标准（GBJ0890498）；给水排水管道工程施工验收规范（GBJ5026897）；给水排水设计基本术语标准（GBJ12589）。,给水系统设计参数1）工作人员生活用水量306L/人班，时间变化系数采用2.52.0；2）冷却水系统补充水按循环水量（环控专业提供）的23计，一般取2；3）车站公共区域冲洗水量以24L/m2次，一般采用3 L/m2次，每天冲洗一次，按冲洗1h

20、计。,用水量车站生产和生活用水量按照用水量标准计算表66为上海轨道交通明珠二期某车站的用水量计算。,用水量计算表 表6-6,水压力 上海城市管网自由水压力0.10.2MPa排水系统排水量污水系统废水系统雨水系统（50年一遇进行设计）排水泵房主排水泵房 在车站及线路变坡的最低点设排水泵房局部排水泵房 设在局部低洼不能自流排水的地方,冷却循环水系统冷却循环水系统主要由冷却塔、循环水泵、补充水和管道及配件组成；循环泵采用IS型；逆流开式玻璃钢冷却塔。,冷却塔选择规格数据表 表6-7,控制方式与要求废水和污水水位控制区间内排水泵房几洞口雨水泵房控制冷却循环系统控制 管材与连接方式生产、生活给水管道排水

21、管道 管道保温 人防给水排水 管道出入口的设置,第四节 通信和信号系统,一通 信二信 号,一通信,地下铁道通信系统组成：综合有线传输系统专用通信系统公务通信系统无线通信系统广播系统时钟系统闭路电视监视系统电源及接地系统,综合有线传输系统,控制中心与各车站、车辆段之间传递各种信息控制中心至各车站、车辆段的时钟系统信息各种低速数据通道和以太网拉入网络管理、网络控制信息,专用通信系统,列车调度电话电力调度电话环控调度电话站间行车电话局部电话区间电话站内电话,无线通信系统供调度员各值班员之间通信联络；无线调度电话系统采用有线无线相结合的方式。有线广播系统由车站广播和停车场广播组成；用于运用广播和提供车

22、站背景音乐，以及紧急情况下发出警报指挥救援等；服务功能和系统功能。,时钟系统为全线提供统一的时间标准母钟，子钟驱动器，大（小）型子钟电视监视系统系统构成控制中心监视子系统车站监视子系统列车司机监视子系统公安控制中心监视子系统,系统功能值班人员及调度员监视站厅发生灾害时监视灾害和乘客疏散情况公务通信系统自动电话数字程控式自动电站交换机按近期远期分别确定交换机容量。会议电话 按两级辐射方式汇接，即汇接中心和分汇接点,通信线路建成多功能多用途集中维护统一管理的综合传输网；传输网宜由各种金属电缆光缆和多路复用传输设备组成；通信电缆与强电电缆分开敷设。地下直埋电缆与其他建筑物的间距符合表6-8；通信主干

23、电缆光缆的保护。,地下直埋电缆与其他建筑物的最小间距 表6-8,二信号,信号系统设置的主要原则信号系统应具有较高的安全性和可靠性，符合数字化、网络化、智能化发展方向，充分体现信号、通信、计算机技术一体化；设备配置应合理，具有较高的性能价格比，易于扩展、安全可靠、操作简便、维修方便；选用的系统和设备应具有在地铁运用的成熟经验，具有较高的完整性，适应地下铁道的使用环境；,正线正常运行时线路按双线单方向右侧行车模式，特殊情况下根据需要，应能组织反向行车，可采用双向运行模式，单线区段应满足双方向运行需要。信号系统的分类固定信号信号机应采用色灯信号机信号机应设列车运行的右侧进出站防护调车通过等信号机信号

24、机的定位显示还应符合一些规定,闭塞双线区段设单向自动闭塞，单线双向运行区段设双向自动闭塞。自动闭塞分类1）固定自动闭塞方式（ATC系统)2）移动闭塞方式(ATC系统)3）准移动闭塞方式（ATC系统)联锁对车站道岔信号进行控制提高行车和调车作业能力，确保行车安全的信号控制设备分电气集中连锁和计算机连锁两种方式,列车自动控制系统（ATC)ATC系统包括自动监控（ATS)列车自动防护（ATP)；列车自动运行（ATO)三个子系统。ATC控制等级分为：控制中心自动控制和人工介入，车站的自动控制和人工控制；划分等级的原则：车站人工控制优先控制中心人工控制，控制中心人工控制优先控制中心或车站自动控制。,第五

25、节 自动检售票系统,一票制及票务管理二系统组成及功能,一票制及票务管理,票制 可采用单程票和储值票两种票制，单程票可采用塑制磁卡或一次性纸质磁票，储值票可反复使用，采用非接触式IC卡。票务管理 采用控制中心和车站两级管理模式。控制中心负责全线的票务管理，各车站负责本站的票务管理。,二系统组成及功能,图6-13 AFC系统框图,中央计算机系统组成 由服务器、操作站、报表工作站、不间断电源（UPS）、中央及远程维修工作站、磁卡初始化工作站、制卡中心、分类编码机、高速打印机等组成。功能对车站计算机系统和AFC终端设备进行实时监控；,对采集到的车站计算机系统数据进行分析处理、票务收入审计、客流量统计、

26、数据分件存档、打印有关报表；分类编码机负责对新发行卡及回收卡进行编码、分拣、供售票机发售。车站计算机系统组成 由车站计算机、通讯控制器、显示器、紧急报警系统等组成。,功能监控车站AFC设备，采集和贮存AFC终端设备数据，经格式化后送经中央计算机系统，进行数据分析和报表生成，同时也将中央计算机系统发来的指令、参数传给相应的AFC终端设备。在紧急情况下，车站计算机系统控制所有进、出站检票机呈自由通行状态，便于乘客紧急疏散。,AFC终端设备组成 由全自动售票机、半自动售票机、进出站检票机、自动加值机、自动验票机、便携式查票机等组成。功能全自动售票机：接受硬币、纸币、出售单程票；半自动售票机：人工收款，机器出票，发售单程票和储值票，兼作补票功能；,进、出站检票机：采用三杆或门扉式检票机，自动检票，出站时回收单程票；自动加值机：接收纸币，对储值票进行加值；自动验票机：供乘客对所持非接触式智能卡及单程票进行查询。,