地鐵動力照明系統(tǒng)變壓器經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率與配電變壓器的容量分析

陳雨路

(中鐵武漢勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖北武漢 430074)

地鐵動力照明系統(tǒng)變壓器經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率與配電變壓器的容量分析

陳雨路

(中鐵武漢勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖北武漢 430074)

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,科學(xué)技術(shù)也在增速發(fā)展,并不斷的深入到社會各個(gè)領(lǐng)域內(nèi),尤其是地鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在社會與國家不斷發(fā)展境遇下,地鐵動力照明系統(tǒng)社會的廣泛關(guān)注,其中存在變壓器利用率不高的問題,本文以此為出發(fā)點(diǎn),利用專業(yè)手段與方法,對地鐵動力照明系統(tǒng)變壓器經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率與配電變壓器的容量進(jìn)行初步分析,以期通過該研究推動我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度。

地鐵 動力照明系統(tǒng) 變壓器 負(fù)荷率

目前地鐵車輛段的動力及照明變壓器設(shè)計(jì)，普遍存在選擇不合理、“大馬拉小車”(變壓器的設(shè)計(jì)容量大于實(shí)際用電負(fù)荷容量)的問題，占用了寶貴電能資源，造成變壓器經(jīng)濟(jì)利用率低，浪費(fèi)了大量電能。因此，我們在武漢地鐵4號線青山車輛段與維修基地的供電設(shè)計(jì)中，針對變壓器利用率不高的問題，成立了“地鐵車輛段低壓配電設(shè)計(jì)QC小組”，就如何“提高地鐵車輛段動力照明變壓器的經(jīng)濟(jì)利用率”作為攻關(guān)課題，開展活動。

1 研究概述

1.1 定義解釋

地鐵車輛段：是地鐵車輛停放、檢查、整備、運(yùn)用和修理的管理中心所在地。

變壓器的經(jīng)濟(jì)利用率：在選擇性能好和最佳組合參數(shù)的變壓器運(yùn)行方式下，其效率最高[1]。

同時(shí)系數(shù)：配電設(shè)計(jì)的一種計(jì)算方法，計(jì)算時(shí)將不同用電設(shè)備、不同用電單元等乘以相應(yīng)系數(shù)，作為選擇變壓器容量的重要依據(jù)。

需要系數(shù)： 配電設(shè)計(jì)的一種計(jì)算方法，計(jì)算時(shí)用電設(shè)備按工作類別分組乘以對應(yīng)的需要系數(shù)，可直接得出計(jì)算結(jié)果。

1.2 選題背景

從節(jié)能減排出發(fā)，目前該領(lǐng)域中所應(yīng)用的技術(shù)既有變壓器的利用率不高，“大馬拉小車”的現(xiàn)象普遍存在；從技術(shù)條件出發(fā)，其中的問題集中表現(xiàn)在，車輛段內(nèi)動力設(shè)備繁多，動力設(shè)備設(shè)計(jì)取值偏大，動力負(fù)荷分布不均，用電量峰值與谷值差別較大；從現(xiàn)場狀況出發(fā)，在地鐵中變壓器利用率普遍僅為70%左右，因此，綜合多方面的因素，應(yīng)該以提高動力照明變壓器的經(jīng)濟(jì)利用率為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)分析與改進(jìn)。

表1 現(xiàn)有車輛段變壓器設(shè)置表

2 地鐵動力照明系統(tǒng)分析

針對地鐵車輛段變壓器利用率不高的問題，為掌握影響計(jì)算變壓器最佳經(jīng)濟(jì)利用率的因素，我們對廣州地鐵下窖車輛段、新造車輛段、西郎車輛段、魚珠車輛段及北京太平莊車輛段、四惠車輛段的動力與照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了調(diào)查，各所的變壓器裝機(jī)容量及負(fù)荷率如表1、圖1。

表2 設(shè)備部件系數(shù)分析

表3

從表1中可以看出：變壓器平均利用率僅接近71.9%。最高的75.0%，最低的僅69.1%，各車輛段變電所的變壓器負(fù)荷率不一樣。而準(zhǔn)確計(jì)算變壓器最佳經(jīng)濟(jì)容量，是一個(gè)與諸多因素有關(guān)的復(fù)雜問題。諸如負(fù)載的大小、狀態(tài)、性質(zhì)、變壓器的過載能力、制造廠家的工藝水平、材料、甚至南北方地區(qū)差異性等等。為簡化計(jì)算，工程設(shè)計(jì)中，計(jì)算時(shí)將不同用電設(shè)備、按不同用電單元、工作類別等乘以相應(yīng)系數(shù)，即“同時(shí)系數(shù)”和“需要系數(shù)”作為選擇變壓器容量的依據(jù)，而這二個(gè)系數(shù)的選取，直接決定變壓器的容量和利用率的高低。

“需要系數(shù)”計(jì)算時(shí)，只要將用電設(shè)備負(fù)荷按工作類別分組統(tǒng)計(jì)，乘以對應(yīng)的需要系數(shù)，可直接得出計(jì)算結(jié)果，比較簡單[2]。

“同時(shí)系數(shù)”計(jì)算比較復(fù)雜，我們查閱了下窖等6個(gè)地鐵車輛段同時(shí)系數(shù)的取值，見表2。在設(shè)計(jì)過程中考慮的出發(fā)點(diǎn)和要求不同時(shí)，選擇的容量大小也會產(chǎn)生差異。

“同時(shí)系數(shù)”平均取值為0.88，最大取值為0.9，最小取值為0.86。

由于地鐵車輛段動力設(shè)備種類繁多、負(fù)載容量大、位置分散、設(shè)備工作和停用時(shí)間各不相同、“同時(shí)系數(shù)”選取一般按手冊給定的0.8-0.9的范圍選取，為留有設(shè)計(jì)余量，設(shè)計(jì)通常選取最高值0.9附近，隨意性比較強(qiáng)，因此車輛段變壓器經(jīng)濟(jì)利用率普遍偏低。

為了科學(xué)合理的選取“同時(shí)系數(shù)”，小組對武漢地鐵4號線青山車輛段與維修基地工藝專業(yè)已提供的動力負(fù)荷資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)、歸類及分析。

3 具體方案實(shí)施

第一，對同類型不同型號設(shè)備分類統(tǒng)計(jì)。

由于動力系統(tǒng)設(shè)備分散，總類繁多，使用時(shí)間、使用要求、功率因數(shù)都不一樣，為了方便同時(shí)系數(shù)選擇，以檢修主廠房為例，對對同類型不同型號設(shè)備使用情況進(jìn)行了分類[3]。

第二，對同類型不同型號設(shè)備分析其使用時(shí)間，確定同時(shí)系數(shù)，見表2。

上表可以看出：同樣是焊接設(shè)備，分單頭直焊機(jī)、多頭直焊機(jī)、整流弧焊機(jī)、CO2自動焊機(jī)等。這些焊機(jī)在不同的場所和時(shí)間段使用，小組通過技術(shù)分析，并對已營運(yùn)的檢修主廠房進(jìn)行調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)，同為焊接設(shè)備單頭直焊機(jī)與多頭直焊機(jī)的需要系數(shù)是不一樣的，單頭直焊機(jī)的需要系數(shù)0.35，多頭直焊機(jī)的需要系數(shù)是0.7，等等。這就要求對不同設(shè)備的同時(shí)系數(shù)再細(xì)化。

按上表參數(shù)計(jì)算如下：

動力設(shè)備第一次優(yōu)化設(shè)計(jì)后計(jì)算功率為：

Pij1=0.35Ph1+0.7Ph2+0.5Ph3+0.7Ph4+0.3PK1+0.2PK2+ 0.6Pd1+0.8Pd2+0.7Pq1+0.7Pq2+0.7Pj1+0.7Pj2+0.25Pj3+0.25Pj4+ 0.2Pt1+0.7Pt1+0.4Pc1+0.8Pc2+0.5Pc3=2662.8KW

Pe為：3151.25KW。(優(yōu)化前檢修主廠房統(tǒng)計(jì)功率)

優(yōu)化后的同時(shí)系數(shù)取值Kc=Pij1/Pe=2662.8/3151.25=0.845

達(dá)到“力爭使同時(shí)系數(shù)取值降到0.85以下”的目標(biāo)。

第三，對不同類型設(shè)備分類統(tǒng)計(jì)，對設(shè)備使用情況進(jìn)行分類，分為連續(xù)運(yùn)行設(shè)備與間斷運(yùn)行設(shè)備。

第四，對不同類型設(shè)備分析其使用時(shí)間，確定同時(shí)系數(shù)，見表3。

按上表參數(shù)計(jì)算如下：

動力設(shè)備第二次優(yōu)化設(shè)計(jì)后動力設(shè)備計(jì)算功率為

Pij2=0.9P1+0.9P2+1P3+17P4+0.6P5+0.25P6+0.76P7+0.2P8+ 0.4P9+0.7P10+0.6P11=2263.4KW

優(yōu)化后的同時(shí)系數(shù)取值Kc=Pij2/Pe=2263.4/3151.25=0.75

變壓器利用率n=Pij總/4850=78%。

達(dá)到“力爭使同時(shí)系數(shù)取值降到0.83以下。使變壓器處于經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)行的最佳值，利用率達(dá)到75%”的目標(biāo)。

4 結(jié)語

通過開展QC小組活動，增強(qiáng)了質(zhì)量意識，運(yùn)用QC工具，抓住主要因素，并針對要因制定切實(shí)可行的對策措施，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，培養(yǎng)了設(shè)計(jì)人才。在設(shè)計(jì)工作中采用QC方法，能充分體現(xiàn)QC體系的科學(xué)性和嚴(yán)密性，變過去的個(gè)人攻關(guān)為集體攻關(guān)，達(dá)到創(chuàng)新設(shè)計(jì)的目的。

[1]何治新.提高城市軌道交通車站配電變壓器負(fù)荷率措施[J].建筑電氣,2013,16(21):122-128．

[2]王紹勇.地鐵車站配電變壓器經(jīng)濟(jì)容量選擇[J].都市快軌交通, 2011,12(22):85-87.

[3]陳祿.按變壓器經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率選擇配電變壓器的容量[J].黑龍江電力技術(shù),2012,16(2):16-20．