6.28米土壓平衡盾構機用電負荷的計算及功率補償

欒國宇+++王帥+++張可威+++暢海潮

摘 要：對6.28米土壓平衡盾構機進行較為精確的用電負荷的計算，提出了相應的功率補償的方式方法。

關鍵詞：盾構機；負荷計算；功率補償；變壓器

1 概述

對于目前的地鐵和城市管廊項目的施工，6.28米土壓平衡盾構機為主流的盾構施工設備。對于電氣設計部分，用電負荷計算和功率補償計算，是較為基礎也是較為核心的設計部分，科學精準的計算是后續電氣設備供電方式、設備選型的基礎和準則。

2 用電負荷計算

盾構機用電負荷計算，首先要將所有用電設備的標稱功率、功率因數、效率進行統計，再根據相關計算公式進行計算。

土壓平衡盾構機主要分為兩個工作模式，即：推進模式和拼裝模式。推進模式即設備掘進期；拼裝模式即設備停止掘進，進行管片拼裝。兩種模式下用電負荷是不相同的，而且兩種工作模式是不可同時的，所以我們將分別計算兩種模式下的用電負荷，其中用電負荷較大的即是壓平衡盾構機的最大工作負荷。相關的計算公式：

公式中各個參數意義如下：Pn：標稱功率（kW）；P：有功功率（kW）；Q：無功功率（kVAR）；S：視在功率（kVA）；cos？漬：功率因數；？濁：電機效率。

下表列出了所有用電設備的各個參數，具體參數如表1。

表1中Ku為最大利用系數。在正常條件下，負載的功率消耗有時候小于其標稱功率，這是一個很常見的現象，故而在負荷計算中會使用最大利用系數Ku。表中Ks為同時系數。根據一般經驗，在實際操作中，設備的所有載不會同時使用，而使用同時系數Ks正是考慮到這一情況。上表中有功功率的計算公式如下。

根據公式計算出每個負載的有功功率，將每個負載視在功率的算術和看作整個設備的視在功率。在這里應該指出的是，嚴格來講，視在功率的總值并不等于單個負載的視在功率的算術和，但采取簡單的相加運算其結果會得出一個可以接受的設計裕量范圍內的大于實際值的視在功率。推進模式下整個盾構機設備的視在功率最大，因此我們將推進模式下的各個參數視為整個盾構機的用電參數。

=0.86。

3 無功補償

所有交流電網都消耗兩種類型的功率：有功功率和無功功率。無功功率僅驅動設備的磁場，實現電場與磁場的轉換。無功功率的循環，具有較高的技術和經濟效益。對于相同的有功功率，較高的無功功率意味著更高的視在功率和更高的電流。所以，優化的無功功率補償會帶來經濟效益和技術優勢。使用電容器能夠明顯減小輸入的視在功率，我公司的盾構機設備采用的的是固定電容集中補償的補償方式。以下為相關計算。

4 變壓器選型

變壓器需要根據設備的用電負荷確定最佳容量。選擇容量過大會造成不必要的空載消耗。選擇容量過小會造成滿負荷工作時效率降低，不能獲得最佳負荷的效果，長期的過負荷會造成嚴重的后果。變壓器的最高效率出現在滿負荷的50%～70%。根據計算和實際情況，選用了額定容量為1600kVA的變壓器。

5 結束語

文章針對6.28米土壓平衡盾構機提出了較為精確和科學的用電負荷計算，為今后的電氣設計工作提供了一個可靠的參考。但值得提出的是，不同的盾構機用電設備可能會因不同的施工情況有所不同，因此用電負荷會存在差別，具體情況要具體分析，但大體上是一致的，上述計算方法同樣適用。

參考文獻

[1]施耐德電氣.電氣裝置應用（設計）指南[M].第二版.中國電力出版社，2008.