地鐵車站變電所配電變壓器容量計(jì)算的研究

于平 李正國(guó) 燕麗娜

[摘? ? 要] 地鐵車站低壓用電負(fù)荷多，負(fù)荷類別復(fù)雜，在計(jì)算用電容量時(shí)要綜合考慮負(fù)荷的同時(shí)系數(shù)和需要系數(shù)。根據(jù)車站變壓器的運(yùn)行方式，結(jié)合動(dòng)照專業(yè)的低壓負(fù)荷需求，對(duì)數(shù)據(jù)分析計(jì)算，合理確定用電負(fù)荷大小，選擇合理容量的變壓器。

[關(guān)鍵詞]動(dòng)力照明;低壓負(fù)荷;變壓器容量;需要系數(shù)

[中圖分類號(hào)]TM421 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）01–0–02

Research on Capacity Calculation of Distribution

Transformer in Substation of Metro Station

Yu Ping，Li Zheng-guo，Yan Li-na

[Abstract]There are many low-voltage power loads in metro stations， and the load categories are complex. The simultaneous coefficient and demand factor of load should be considered comprehensively when calculating the power consumption capacity. According to the operation mode of station transformer， combined with the low-voltage load demand of dynamic lighting specialty， the data is analyzed and calculated to reasonably determine the power load and select the transformer with reasonable capacity.

[Keywords]power lighting; low voltage load; transformer capacity; demand factor

1 配電變壓器容量的選擇原則

針對(duì)地鐵低壓用電負(fù)荷的特殊性，目前國(guó)內(nèi)一些機(jī)構(gòu)或設(shè)計(jì)院對(duì)其特性進(jìn)行了研究，但是因?yàn)槲茨茏龅浇y(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因而得不到很好的應(yīng)用。大部分設(shè)計(jì)院在計(jì)算負(fù)荷時(shí)，一般選用需要系數(shù)法，而需要系數(shù)都是參照工業(yè)與民用建筑標(biāo)準(zhǔn)來選擇的，同時(shí)系數(shù)在每個(gè)地區(qū)也不相同，并在未充分考慮地鐵低壓負(fù)荷的特殊性，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算負(fù)荷與實(shí)際不符。

地鐵車站降壓變電所設(shè)計(jì)作為地鐵供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分，配電變壓器容量選擇是其中的一項(xiàng)重要工作，合理的選擇車站配電變壓器容量，對(duì)于確定主變壓器容量、選擇環(huán)網(wǎng)電纜截面及對(duì)控制投資具有重大的意義。配電變壓器容量選擇的基本原則是在保證供電安全性和可靠性的前提下，配電變壓器的總擁有費(fèi)用（初始投資+經(jīng)濟(jì)適用周期內(nèi)的電氣損耗費(fèi)用）最低。

根據(jù)目前我國(guó)干式電力變壓器廠家的制造水平，干式變壓器的效率最佳負(fù)載率約為0.45～0.6。據(jù)研究分析，在計(jì)算功率一定的條件下，變壓器的負(fù)載率約在0.6時(shí)，配電變壓器的總擁有費(fèi)用最低。

因此，配電變壓器的額定容量選擇宜滿足正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)載率約為0.6，同時(shí)，滿足承擔(dān)全所供電范圍內(nèi)的所有一、二級(jí)負(fù)荷時(shí)不過載。

2 配電變壓器的運(yùn)行方式

在地鐵變電所設(shè)計(jì)中，每座變電所設(shè)置兩臺(tái)配電變壓器，接于不同段35 kV母線上。

AC0.4 kV側(cè)母線采用單母線分段接線，每段母線各設(shè)一回進(jìn)線，母聯(lián)開關(guān)采用斷路器。每段母線設(shè)置臺(tái)三級(jí)負(fù)荷總開關(guān)及三級(jí)母線。

正常運(yùn)行方式下，兩臺(tái)配電變壓器分列運(yùn)行，0.4 kV母聯(lián)開關(guān)打開，兩段0.4 kV母線分列運(yùn)行，分別向其供電范圍的一、二、三級(jí)低壓負(fù)荷供電。

當(dāng)其中一臺(tái)配電變壓器退出運(yùn)行時(shí)，本所的三級(jí)負(fù)荷將自動(dòng)切除，0.4 kV母聯(lián)開關(guān)自動(dòng)投入，由另一臺(tái)配電變壓器承擔(dān)全所供電范圍內(nèi)的一、二級(jí)低壓負(fù)荷的供電。

3 低壓負(fù)荷的分析計(jì)算

3.1 負(fù)荷分類

地鐵低壓用電負(fù)荷，根據(jù)其用途和重要性的不同分為三級(jí)，分別為一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷、三級(jí)負(fù)荷。

一級(jí)負(fù)荷：正常運(yùn)行時(shí)，由變電所兩段0.4 kV母線各引一路電源至設(shè)備附近，兩路電源在線路末端自動(dòng)切換。

二級(jí)負(fù)荷：正常運(yùn)行時(shí)，由變電所某一段0.4 kV母線饋出單回電源至設(shè)備，當(dāng)一臺(tái)變壓器退出運(yùn)行時(shí)，0.4 kV母聯(lián)開關(guān)自動(dòng)合閘，由另一臺(tái)變壓器為全所的二級(jí)負(fù)荷供電。

三級(jí)負(fù)荷：正常運(yùn)行時(shí)由一路引自三級(jí)負(fù)荷母線的電源供電，當(dāng)一臺(tái)變壓器退出運(yùn)行時(shí)，三級(jí)負(fù)荷可從電網(wǎng)中切除。

3.2 低壓負(fù)荷計(jì)算方法

一般地鐵低壓負(fù)荷計(jì)算采用需要系數(shù)法，即用設(shè)備功率乘以需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)，直接求出計(jì)算負(fù)荷。

低壓負(fù)荷的初始資料由動(dòng)力照明專業(yè)提供給變電所專業(yè)，動(dòng)力照明專業(yè)的初始資料中至少包含表1內(nèi)容。

3.2.1 每個(gè)回路的負(fù)荷計(jì)算

計(jì)算容量Pjs=Pe*k1;

其中，Pe表示設(shè)備容量。設(shè)備容量由動(dòng)照專業(yè)提供，動(dòng)照專業(yè)把用電設(shè)備按類型分組，同一類型用電設(shè)備歸為一組，并算出該組用電設(shè)備的設(shè)備容量，動(dòng)照提資表中的每個(gè)回路即為一類設(shè)備組。

計(jì)算公式中K1表示需要系數(shù)。用電設(shè)備組在最大負(fù)荷時(shí)，所需的有功功率與其設(shè)備容量的比值即為需要系數(shù)。需要系數(shù)由動(dòng)照專業(yè)提供，根據(jù)以往，各地區(qū)需要系數(shù)差異比較大，即使同一地區(qū)不同的動(dòng)照設(shè)計(jì)人員提的需要系數(shù)也不同，因此，在計(jì)算配電變壓器的負(fù)荷容量時(shí)，本專業(yè)還要校核需要系數(shù)。

3.2.2 全所低壓負(fù)荷計(jì)算

一、二、三級(jí)負(fù)荷總計(jì)算容量Pjsz=K2*（∑Pjs1+∑Pjs2+∑Pjs3）

一、二級(jí)負(fù)荷計(jì)算容量Pjs12=K2*（∑Pjs1+∑Pjs2）

其中，K2是同時(shí)系數(shù)，在確定全所多組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)考慮各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不同時(shí)出現(xiàn)的因素，即考慮同時(shí)系數(shù)K2。

原則上，同時(shí)系數(shù)K2的選取與設(shè)備組之間的運(yùn)行模式相關(guān)。但是地鐵車站中各設(shè)備組運(yùn)行模式比較復(fù)雜，各地區(qū)運(yùn)營(yíng)管理也有差異，難做統(tǒng)一規(guī)定，一般情況根據(jù)當(dāng)?shù)丶扔芯€經(jīng)驗(yàn)選擇。參考各地區(qū)地鐵工程中，各地區(qū)同時(shí)系數(shù)選擇如表2所示：

選取各地區(qū)典型地下二層標(biāo)準(zhǔn)站（站長(zhǎng)約200 m），全所一二級(jí)負(fù)荷的設(shè)備容量與計(jì)算容量統(tǒng)計(jì)匯總?cè)绫?所示：

從上述統(tǒng)計(jì)表格分析，考慮需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)后，一般地下車站，各地區(qū)一二級(jí)計(jì)算負(fù)荷約占一二級(jí)負(fù)荷容量的40～60%，即：K2*∑（K1*Pe）/∑Pe≈0.40～0.6。

各地區(qū)典型地下二層標(biāo)準(zhǔn)站（站長(zhǎng)約200 m），配電變壓器容量選擇情況如表4：

通過對(duì)各地區(qū)典型站低壓負(fù)荷統(tǒng)計(jì)分析，最終全所計(jì)算負(fù)荷約占設(shè)備容量的40%～60%，需要系數(shù)由動(dòng)照提供，不建議修改，變電所設(shè)計(jì)可通過調(diào)整同時(shí)系數(shù)控制變壓器的計(jì)算容量。

3.2.3 功率因數(shù)

目前，國(guó)內(nèi)地鐵變電所AC0.4 kV每段母線均設(shè)置一套有源濾波裝置，濾除諧波并兼顧無功補(bǔ)償。

一般情況，電力部門對(duì)用電無功負(fù)荷的考核要求是功率因數(shù)不能低于0.9，否則會(huì)被罰款。因此，補(bǔ)償后低壓負(fù)荷的功率因數(shù)為0.9，即cosφ=0.9。

3.2.4 視在容量的計(jì)算

一、二、三級(jí)負(fù)荷總計(jì)算容量Pjsz=K2*（∑Pjs1+∑Pjs2+∑Pjs3）;

一、二級(jí)負(fù)荷計(jì)算容量Pjs12=K2*（∑Pjs1+∑Pjs2）;

一、二、三級(jí)負(fù)荷計(jì)算視在功率Sz=Pjsz/cosφ;

一、二級(jí)負(fù)荷計(jì)算視在功率S12=S12/cosφ;

4 配電變壓器容量的選擇

根據(jù)變壓器選擇原則，變壓器額定容量S應(yīng)滿足兩個(gè)條件。

條件1：正常運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行，共同承擔(dān)全所一、二、三級(jí)負(fù)荷時(shí)，單臺(tái)變壓器所承擔(dān)的實(shí)際負(fù)荷約占變壓器額定容量的60%，即：Sz/2≈0.6*S。

條件2：一臺(tái)變壓器退出運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)變壓器承擔(dān)全所一二級(jí)負(fù)荷時(shí)，不過載，即：S12≤S。

選擇地鐵變電所常用配電變壓器的額定容量（kVA）：250，315，400，500，630，800，1000，1250，1600，2000。變壓器容量?jī)?yōu)先選擇上述值，其它容量為非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，不建議采用。由于2000 kVA以上容量的變壓器體積大，重量大，受變電所面積、運(yùn)輸?shù)葪l件限制，地鐵配電變壓器容量一般不宜大于2000 kVA。對(duì)于大型車站，可以增設(shè)跟隨式變電所。結(jié)合各地區(qū)低壓負(fù)荷分析及變壓器容量選擇情況，一般而言，典型地下二層標(biāo)準(zhǔn)站（站長(zhǎng)約200m）配電變壓器容量可選1250 kVA或1000 kVA。

5 結(jié)束語

本文按照配電變壓器的額定容量正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)載率約為0.6，同時(shí)，滿足承擔(dān)全所供電范圍內(nèi)的所有一、二級(jí)負(fù)荷不過載進(jìn)行了變壓器容量的選擇。

在地鐵工程中，各設(shè)備容量和需要系數(shù)由用電專業(yè)提給動(dòng)力照明專業(yè)，動(dòng)力照明專業(yè)匯總整理后提給變電所專業(yè)，由于變電所專業(yè)并不能準(zhǔn)確了解各專業(yè)、各用電回路的負(fù)荷實(shí)際情況，所以，對(duì)于各回路的計(jì)算，如各回路開關(guān)容量、脫扣器容量、整定值等選擇仍需以動(dòng)照提資內(nèi)容為依據(jù)，不能采用分析值、經(jīng)驗(yàn)值。

上述變壓器選擇僅為參考，不作為變壓器容量選擇的標(biāo)準(zhǔn)要求，變壓器實(shí)際負(fù)載率和計(jì)算負(fù)載率由于各種因素影響，偏差比較大，各地區(qū)還應(yīng)結(jié)合實(shí)際工況合理選擇。

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