地铁工程地下车站UPS蓄电池室配电设计探讨

导　　读

　　《建筑电气与智能化通用规范》（GB 55024-2022）第3.2.5条要求“专用蓄电池室应采用防爆型灯具，室内不得装设普通型开关和电源插座。”，规范提出专用蓄电池室因爆炸危险性较高，所以规定有电气连接的照明、开关、电源插座等，安装在室内时应采用防爆型产品，否则应安装在室外，对蓄电池室内的配电设计未作明确要求。在地铁项目UPS蓄电池室配电设计中也存在一定困惑，因此有必要根据蓄电池的类型结合不同规范要求对蓄电池室配电设计进行分析、探讨。

以某市轨道交通工程为例，车站按一级特别重要负荷和一级非特别重要负荷两部分进行整合，一级特别重要负荷UPS电源为专用通信系统、云平台、综合调度指挥系统（IDCS系统）、环境与设备监控系统提供电源；一级非特别重要负荷UPS电源为门禁系统、安防系统、自动售检票系统提供电源，电压等级为380VAC。两组UPS系统分别设置独立一套UPS电源系统，即UPS进线电源柜、UPS交流不间断电源设备、配电柜、蓄电池组、蓄电池监控单元、电源监控管理均独立设置。

一级特别重要负荷整合UPS电源设置双机双蓄电池组，1+1并机冗余热备，每台UPS装置配置一组蓄电池，每组蓄电池容量按系统容量的100%考虑。每台UPS容量均具备为全部负荷供电的能力，两台UPS主机均分设蓄电池，正常运行情况下，每台UPS为50%负荷供电，一台UPS主机故障时，剩余一台UPS主机仍可为全部一级特别重要负荷供电。一级非特别重要负荷整合UPS电源采用单机、单电池组方案，按系统容量的100%考虑。

根据负荷容量及后备供电时间要求，结合中标厂家所提供的蓄电池的放电特性，采用恒功率算法计算电池容量满足下表要求（能量值），输出功率因数≥0.9（满负荷），蓄电池容量均根据直流母线电压为384V计算。整合UPS电源系统后备时间、主机容量及蓄电池容量如表一所示。

表一

根据轨道交通工程需求、环境特点及《电力工程直流电源系统设计技术规程》（DL/T 5044-2014）第7.2.1条要求“阀控式密封铅酸蓄电池容量在300Ah及以上时，应设专用的蓄电池室。”，地下车站的UPS整合系统由UPS进线电源柜、UPS主机、稳压柜、馈线柜、蓄电池组及电池架、蓄电池监控单元及电源监控管理系统等组成，UPS电源整合室与UPS蓄电池室分别贴邻设置，其中进线电源柜、UPS主机、稳压柜、馈线柜等设置在48m2左右的UPS电源整合室，蓄电池组及电池架、可燃气体监测装置等设置在72m2左右的UPS蓄电池室。

作为UPS整合系统的核心单元，蓄电池组采用高品质、性能良好的阀控式密封铅酸免维护胶体蓄电池，此类电池在正常使用时可保持气密和液密状态，当内部气压超过预定值时，排气阀自动开启，释放气体，当内部气压降低后排气阀自动闭合防止外部空气进入蓄电池内部，蓄电池在其使用寿命期间正常使用情况下无需补加电解液。根据《通信用阀控式密封胶体蓄电池》（YD/T 1360-2005）要求，蓄电池在环境温度20℃~30℃条件下正常使用，应达到C10额定容量。当温度低于上述温度时，蓄电池的C10容量随温度下降，不同温度下的容量修正系数应根据《通信用阀控式密封胶体蓄电池》（YD/T 1360-2005）第5.1条及表3进行修正。由于胶体电解质为硫酸，防酸雾性能应满足YD/T 1360-2005第5.10要求，即电池在正常浮充工作过程中应无酸雾逸出，在均充状态下溢酸量应＜0.025mg/Ah。对蓄电池的密封反应效率和安全阀要求应分别满足YD/T 1360-2005第5.9条和第5.11条要求，即“蓄电池密封反应效率应不低于95%”，“安全阀应具有自动开启和自动关闭的功能，其开、闭阀压力范围为5~30kPa。”。因存在一定的爆炸风险，防爆性能试验还应符合YD/T1360-2005第6.19条要求，即“以0.5I10的电流对完全充电的蓄电池进行过充电，经1h后在不停电情况下，在蓄电池排气口处用直流24V电源熔断1~3A的保险丝(保险丝距排气口正上方2~4mm)，反复2次产生明火，试验结果应符合YD/T1360-2005第5.17第防爆性能的要求，即蓄电池在充电过程中遇有明火，内部应不引燃、不引爆。”

由于阀控式密封胶体蓄电池在工作过程中有微量气体析出，国家标准GB/T 19638.1-2014 《固定型阀控密封式铅酸蓄电池第1 部分：技术条件》气体析出量做出的上限值要求。设计中通常执行的爆炸性气体环境危险区域划分和电气装置防爆设计的国家标准主要是《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB 50058-2014）和《爆炸性气体环境电气设备第14部分：危险场所分类》（GB 3836.14-2014）。根据GB 50058-2014中关于蓄电池的危险区域的划分规定，蓄电池因安全阀动作的释放源建议类比为《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB 50058-2014）的附录A爆炸危险区域划分示例图及爆炸危险区域划分条件表A.0.2中所述的第二级释放源。可能存在爆炸性气体环境的情况下，GB 3836.14-2014第4.1条提出“应采取下列措施：a）消除点燃源周围可能出现的爆炸性气体环境，或b）消除点燃源。如果不可能，应选择并准备一些预防措施，即工艺设备、系统和程序使a）和b）共同存在的可能性减小到允许的程度。如果某些措施的可靠性高，或综合在一起可以达到所需的安全水平，这些措施可单独采用”，其中有效的通风实现降低爆炸可能性使大部分区域成为2 区或非危险场所。

根据GB 50058-2014所述 “通风的空气流量能使可燃物质很快稀释到爆炸下限值的25%以下时，可定为通风良好。”，并规定还需符合“对于封闭区域”“每平方米地板面积每分钟至少提供0.3m3 的空气或至少1h换气6次”的要求，符合该条规定则通风有效性为通风良好。GB 50058-2014第3.2.2条及第3.2.6条分别提出“可燃物质可能出现的最高浓度不超过爆炸下限值的10 %” “可划为非爆炸危险区域”，如“使用于特殊环境中的设备和系统”、 “采取措施确保不形成爆炸危险性环境” “可不按爆炸危险性环境考虑”。以阀控式密封铅酸蓄电池为主的蓄电池室设计相关规范如表二所示。

表二

现行规范《通信建筑工程设计规范》（YD 5003-2014）第9.3.7条规定“阀控式蓄电池发热量较大蓄电池室宜设通风系统，通风量按(0.5~1)次/h计算，平时不用。使用时，应先关闭空调设备”。目前在阀控式蓄电池室设空调设备，以保证其对房间温度的要求。阀控式蓄电池在充电时，会有稍许的酸气泄漏，需要定期排除。为了避免浪费空调能源，通风系统使用时应先关闭空调设备。

《电力工程直流电源系统设计技术规程》（DL/T 5044-2014）是基于阀控式铅酸蓄电池和镉镍蓄电池为主的规范，在第8.1.7条文说明规定 “蓄电池室内应有良好的通风设施。蓄电池室的采暖通风和空气调节应符合现行行业标准《发电厂供暖通风与空气调节设计规范》DL/T 5035的有关规定。通风电动机应为防爆式”，在蓄电池室自然通风做不到通风良好情况下，阀控式密封铅酸蓄电池室应设通风机。

《发电厂供暖通风与空气调节设计规范》（DL/T 5035-2016）对阀控密闭式蓄电池室及调酸室的通风系统设计应符合第6.2.2条的规定。另外，第6.2.5条规定“布置于蓄电池室内的通风机和空气调节装置的选型应符合现行国家标准《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB50058的规定，且防爆等级不应低于氢气爆炸混合物的类别、级别、组别（ⅡCT1）。通风机及电机应直接连接。室内不应装设开关和插座。”。基于阀控密封式蓄电池存在某种失效且所有蓄电池在极端过充事故时需考虑有效排除室内氢气的需求，同时条文对蓄电池室内的通风机和空气调节设备的防爆等级提出要求，蓄电池室内不应装设开关和插座，按DL/T 5044-2014第8.1.4条执行，但该条对蓄电池室内的设备、照明等供电设计、对接地设计等未作明确要求。

《电气装置安装工程蓄电池施工及验收规范》（GB 50172-2012）适用于容量为25A.h及以上阀控式密封铅酸蓄电池组和容量为10A.h以上的镉镍碱性蓄电池组等验收。规范提出蓄电池充、放电和运行时会有少量的氢气逸出，开关插座在操作过程中有可能产生电火花而引发氢气爆炸，蓄电池室应采用防爆型灯具、通风电机，室内照明线应采用穿管暗敷，室内不得装设开关和插座。该规范对蓄电池室内的设备、照明等供电的设计、对接地设计等也未作明确要求。

《建筑电气与智能化通用规范》（GB 55024-2022）第3.2.5条条文说明提出专用蓄电池室因爆炸危险性较高，所以规定有电气连接的照明、开关、电源插座等，安装在室内时应采用防爆型产品，否则应安装在室外，仅提出蓄电池室内有电气连接的照明、开关、电源插座等按选用防爆型产品，对蓄电池室内的配电设计未作明确要求，在设计工作中造成一定困惑。

通过对不同规范相关规定对比，结合地铁工程特点，对地下车站UPS蓄电池室设计工作中存在的疑问提出以下建议供讨论：

1、初步设计阶段，阀控式密封铅酸蓄电池容量在300Ah及以上的蓄电池室（包括UPS蓄电池室，或部分项目采用UPS和EPS合设蓄电池室方案等），按照DL/T 5044-2014第7.2.1条规定维持蓄电池室单独设置。根据蓄电池的类型和工艺情况，UPS整合专业配合暖通专业进一步核算蓄电池室通风设计，建议暖通专业充分考虑蓄电池发生过充极端事故工况的通风需求。

2、虽然不同规范对通风换气次数提出了不同要求，基于地铁工程中地下车站的特殊条件，根据正常运行、维护的条件下阀控式铅酸蓄电池室的氢气量可能存在蓄积情况，施工图阶段应结合蓄电池的类型和工艺进行判断，建议UPS整合专业及厂商配合暖通专业核算单独设置的蓄电池室能否满足《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB 50058-2014）第3.2.4条要求的通风良好场所的规定，如能满足，动力照明专业宜根据《通信建筑工程设计规范》（YD 5003-2014）第11.3.6条，阀控式蓄电池室的照明可按一般通信机房设计，配电也可按通信机房设计。否则，建议暖通专业根据DL/T 5035-2016第6.2.2条第3款规定对蓄电池室进行通风设计，动力照明专业对蓄电池室内的照明、开关、电源插座等设计应按GB 55024-2022第3.2.5条设计，电缆和导线的选择、线路的保护、安装及接地设计应分别满足GB 50058-2014第5.4.1条、第5.4.2条、第5.4.3条及第5.5条要求，阀控式蓄电池室内的电气设备按（DL/T 5035-2016）第6.2.5条要求选型。

参考文献

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作者简介

潘元欣——高级工程师，注册电气工程师（供配电），现任职于北京铁专院工程咨询有限公司，动力照明专业审查员。

文章内容来源：京审协公众号