城市軌道交通工程設(shè)計(jì)中車站動(dòng)力變壓器容量選擇淺析

摘要：通過對(duì)城市軌道交通中車站中影響車站動(dòng)力變壓器容量選擇的因素進(jìn)行分析，找出目前影響變壓器運(yùn)行負(fù)載率偏低的幾個(gè)原因：車站用電設(shè)備不是在同一個(gè)運(yùn)行工況下同時(shí)運(yùn)行，目前容量計(jì)算中的需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)偏高，各個(gè)用電設(shè)備本身存在安全預(yù)留容量。進(jìn)而提出變壓器容量選擇優(yōu)化的手段。

關(guān)鍵詞：變壓器、負(fù)載率、需要系數(shù)、同時(shí)系數(shù)

目前隨著車市軌道交通規(guī)模越來越大，節(jié)能減排的壓力也越來越大。在這種情況下，城市軌道交通中車站動(dòng)力變壓器容量選擇是否合理也越來越重要。筆者將在此與大家分享一些在城市軌道交通中變壓器容量選擇的一些體會(huì)。

目前投入運(yùn)行的城市軌道交通項(xiàng)目越來越多，北京、天津、成都、上海、南京、廣州、深圳等地的城市軌道交通項(xiàng)目都陸續(xù)投入運(yùn)行。在已經(jīng)投入運(yùn)行的城市軌道交通項(xiàng)目中，基本上都反映車站動(dòng)力變壓器運(yùn)行負(fù)載率偏低，最低的在20%左右。變壓器在這樣的低負(fù)載工況下，產(chǎn)生很大的浪費(fèi)。筆者根據(jù)在城市軌道交通設(shè)計(jì)中的一些經(jīng)驗(yàn)，對(duì)變壓器的低負(fù)載運(yùn)行原因進(jìn)行一些分析，具體如下：

首先，在變壓器容量確定時(shí)，都要進(jìn)行設(shè)備容量統(tǒng)計(jì)計(jì)算，在進(jìn)行設(shè)備容量統(tǒng)計(jì)計(jì)算的時(shí)候，基本上大家都是采用需要系數(shù)法。按照設(shè)備容量統(tǒng)計(jì)后，經(jīng)過需要系數(shù)、同時(shí)系數(shù)的計(jì)算最后按照變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)載確定變壓器的容量。從計(jì)算到最后的結(jié)果，從理論分析上沒有任何問題，變壓器的運(yùn)行負(fù)載率在理論上應(yīng)該在60%～75%之間，沒有任何問題。但是仔細(xì)推敲城市軌道交通中各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行工況和模式，就會(huì)發(fā)現(xiàn)一些問題。我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)備容量計(jì)算的時(shí)候是統(tǒng)一將車站所有設(shè)備容量進(jìn)行羅列后進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際上各種設(shè)備并不是在同一工況下運(yùn)行，這就導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行時(shí)，變壓器的負(fù)載率要小于理論計(jì)算值。

現(xiàn)在，我們對(duì)車站的用電設(shè)備及運(yùn)行工況做一個(gè)大致的分析。車站用電設(shè)備主要包括環(huán)控設(shè)備、通信信號(hào)設(shè)備、AFC、綜合監(jiān)控、屏蔽門、乘客咨詢系統(tǒng)、給排水設(shè)備、電扶梯等設(shè)備；其中環(huán)控設(shè)備又分為空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備、防排煙系統(tǒng)設(shè)備、隧道事故風(fēng)機(jī)、排熱風(fēng)機(jī)等設(shè)備，在城市軌道交通中空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備與防排煙系統(tǒng)設(shè)備大部分設(shè)備是公用的，給排水設(shè)備又分為廢水泵、污水泵、消防泵等設(shè)備。車站設(shè)備基本上分為正常工況、列車阻塞工況和火災(zāi)工況三種運(yùn)行模式。在正常工況下，環(huán)控設(shè)備、通信信號(hào)設(shè)備、AFC、綜合監(jiān)控、屏蔽門、乘客咨詢系統(tǒng)、給排水設(shè)備、電扶梯等設(shè)備均投入運(yùn)行，但環(huán)控系統(tǒng)設(shè)備中，隧道事故風(fēng)機(jī)、排熱風(fēng)機(jī)基本上不投入運(yùn)行，給排水設(shè)備中的消防泵不投入運(yùn)行，廢水泵和污水泵投入運(yùn)行的時(shí)間也非常少，處于基本上不運(yùn)行的狀態(tài)下。在列車阻塞工況下，環(huán)控設(shè)備、通信信號(hào)設(shè)備、AFC、綜合監(jiān)控、屏蔽門、乘客咨詢系統(tǒng)、電扶梯等設(shè)備均投入運(yùn)行，此時(shí)，隧道事故風(fēng)機(jī)、排熱風(fēng)機(jī)投入運(yùn)行。在火災(zāi)工況下，與消防有關(guān)的環(huán)控設(shè)備、通信信號(hào)設(shè)備、AFC、綜合監(jiān)控、屏蔽門、給排水消防泵、乘客咨詢系統(tǒng)、參與火災(zāi)疏散的扶梯等設(shè)備均投入運(yùn)行；此時(shí)，在車站火災(zāi)時(shí)，隧道事故風(fēng)機(jī)、排熱風(fēng)機(jī)不投入運(yùn)行，隧道火災(zāi)時(shí)，隧道事故風(fēng)機(jī)、排熱風(fēng)機(jī)投入運(yùn)行。

其次，目前在城市軌道交通設(shè)計(jì)中的設(shè)備計(jì)算容量計(jì)算中的一些計(jì)算方法都是采用鐵路相關(guān)規(guī)定，其中的需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)都是采用鐵路相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，而鐵路相關(guān)規(guī)定中關(guān)于需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)的規(guī)定是根據(jù)六七十年代的一些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)確定的。從已經(jīng)投入的城市軌道交通項(xiàng)目的變壓器運(yùn)行負(fù)載率看，鐵路規(guī)定中的需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)偏大，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

最后，車站各用電設(shè)備專業(yè)的設(shè)備用電負(fù)荷在提交用電要求的時(shí)候，設(shè)備負(fù)荷容量均偏大。據(jù)筆者了解，不同的設(shè)備供貨商會(huì)采用不同的方式保證其設(shè)備安全可靠運(yùn)行，環(huán)控風(fēng)機(jī)供貨商經(jīng)常采用設(shè)備容量等級(jí)大一級(jí)的電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)風(fēng)機(jī)，給排水水泵供貨商也經(jīng)常采用設(shè)備容量大一級(jí)的電機(jī)，弱電設(shè)備供貨商是根據(jù)設(shè)備最大功率的基礎(chǔ)上考慮一個(gè)安全系數(shù)后標(biāo)定設(shè)備額定容量。電力專業(yè)是根據(jù)各個(gè)專業(yè)提交的用電要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)備容量計(jì)算的，在基礎(chǔ)資料偏大的前提下，變壓器的運(yùn)行負(fù)載率肯定會(huì)小于理論計(jì)算值。

通過以上分析，我們了解到影響目前變壓器負(fù)載率的因素不外乎不同工況下設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備容量計(jì)算時(shí)的需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)及設(shè)備額定容量偏大。我們可以在設(shè)計(jì)過程中采用以下手段來提高變壓器運(yùn)行的負(fù)載率：

首先在設(shè)備容量計(jì)算時(shí)，不再將車站所有設(shè)備全部羅列后進(jìn)行設(shè)備容量計(jì)算，先對(duì)車站不同工況下各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，找出設(shè)備運(yùn)行容量最大的工況，按照這個(gè)工況下設(shè)備數(shù)量及容量進(jìn)行設(shè)備容量計(jì)算，根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，在列車阻塞工況下運(yùn)行的設(shè)備容量是最大的。

其次，對(duì)需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)目前實(shí)際情況，在沒有新的需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)規(guī)定下來之前，設(shè)計(jì)人員也沒有太多的余地可以選擇，只能按照需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)的最低檔進(jìn)行計(jì)算。

接下來針對(duì)各個(gè)設(shè)備標(biāo)定的額定容量偏大的問題，只能依據(jù)設(shè)計(jì)人員自己的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制，設(shè)備供貨商肯定不會(huì)提出數(shù)據(jù)確定設(shè)備用電容量的安全系數(shù)。根據(jù)筆者自己的經(jīng)驗(yàn)，一般環(huán)控風(fēng)機(jī)的額定容量基本上都是按照環(huán)控風(fēng)機(jī)系列中電動(dòng)機(jī)容量小一級(jí)就可以滿足環(huán)控風(fēng)機(jī)要求，弱電設(shè)備的用電容量基本上是額定容量的90%以下。

最后，合理的運(yùn)用變壓器短期超載運(yùn)行的特性，根據(jù)變壓器最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行參數(shù)來選擇變壓器的容量。

以上僅僅是筆者在城市軌道交通設(shè)計(jì)中的一些體會(huì)，希望能夠?qū)窈蟮某鞘熊壍澜煌ㄜ囌咀儔浩魅萘窟x擇中有一點(diǎn)點(diǎn)幫助。