地鐵車站變電所配電變壓器容量計算的研究

于平 李正國 燕麗娜

[摘? ? 要] 地鐵車站低壓用電負荷多，負荷類別復雜，在計算用電容量時要綜合考慮負荷的同時系數(shù)和需要系數(shù)。根據(jù)車站變壓器的運行方式，結合動照專業(yè)的低壓負荷需求，對數(shù)據(jù)分析計算，合理確定用電負荷大小，選擇合理容量的變壓器。

[關鍵詞]動力照明;低壓負荷;變壓器容量;需要系數(shù)

[中圖分類號]TM421 [文獻標志碼]A [文章編號]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

針對地鐵低壓用電負荷的特殊性，目前國內(nèi)一些機構或設計院對其特性進行了研究，但是因為未能做到統(tǒng)一標準，因而得不到很好的應用。大部分設計院在計算負荷時，一般選用需要系數(shù)法，而需要系數(shù)都是參照工業(yè)與民用建筑標準來選擇的，同時系數(shù)在每個地區(qū)也不相同，并在未充分考慮地鐵低壓負荷的特殊性，會導致計算負荷與實際不符。

地鐵車站降壓變電所設計作為地鐵供電系統(tǒng)設計的重要組成部分，配電變壓器容量選擇是其中的一項重要工作，合理的選擇車站配電變壓器容量，對于確定主變壓器容量、選擇環(huán)網(wǎng)電纜截面及對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用（初始投資+經(jīng)濟適用周期內(nèi)的電氣損耗費用）最低。

根據(jù)目前我國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載率約為0.45～0.6。據(jù)研究分析，在計算功率一定的條件下，變壓器的負載率約在0.6時，配電變壓器的總擁有費用最低。

因此，配電變壓器的額定容量選擇宜滿足正常運行時，負載率約為0.6，同時，滿足承擔全所供電范圍內(nèi)的所有一、二級負荷時不過載。

2 配電變壓器的運行方式

在地鐵變電所設計中，每座變電所設置兩臺配電變壓器，接于不同段35 kV母線上。

AC0.4 kV側母線采用單母線分段接線，每段母線各設一回進線，母聯(lián)開關采用斷路器。每段母線設置臺三級負荷總開關及三級母線。

正常運行方式下，兩臺配電變壓器分列運行，0.4 kV母聯(lián)開關打開，兩段0.4 kV母線分列運行，分別向其供電范圍的一、二、三級低壓負荷供電。

當其中一臺配電變壓器退出運行時，本所的三級負荷將自動切除，0.4 kV母聯(lián)開關自動投入，由另一臺配電變壓器承擔全所供電范圍內(nèi)的一、二級低壓負荷的供電。

3 低壓負荷的分析計算

3.1 負荷分類

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

一級負荷：正常運行時，由變電所兩段0.4 kV母線各引一路電源至設備附近，兩路電源在線路末端自動切換。

二級負荷：正常運行時，由變電所某一段0.4 kV母線饋出單回電源至設備，當一臺變壓器退出運行時，0.4 kV母聯(lián)開關自動合閘，由另一臺變壓器為全所的二級負荷供電。

三級負荷：正常運行時由一路引自三級負荷母線的電源供電，當一臺變壓器退出運行時，三級負荷可從電網(wǎng)中切除。

3.2 低壓負荷計算方法

一般地鐵低壓負荷計算采用需要系數(shù)法，即用設備功率乘以需要系數(shù)和同時系數(shù)，直接求出計算負荷。

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

3.2.1 每個回路的負荷計算

計算容量Pjs=Pe*k1;

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

計算公式中K1表示需要系數(shù)。用電設備組在最大負荷時，所需的有功功率與其設備容量的比值即為需要系數(shù)。需要系數(shù)由動照專業(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)不同的動照設計人員提的需要系數(shù)也不同，因此，在計算配電變壓器的負荷容量時，本專業(yè)還要校核需要系數(shù)。

3.2.2 全所低壓負荷計算

一、二、三級負荷總計算容量Pjsz=K2*（∑Pjs1+∑Pjs2+∑Pjs3）

一、二級負荷計算容量Pjs12=K2*（∑Pjs1+∑Pjs2）

其中，K2是同時系數(shù)，在確定全所多組用電設備的計算負荷時，還應適當考慮各組用電設備的最大負荷不同時出現(xiàn)的因素，即考慮同時系數(shù)K2。

原則上，同時系數(shù)K2的選取與設備組之間的運行模式相關。但是地鐵車站中各設備組運行模式比較復雜，各地區(qū)運營管理也有差異，難做統(tǒng)一規(guī)定，一般情況根據(jù)當?shù)丶扔芯€經(jīng)驗選擇。參考各地區(qū)地鐵工程中，各地區(qū)同時系數(shù)選擇如表2所示：

選取各地區(qū)典型地下二層標準站（站長約200 m），全所一二級負荷的設備容量與計算容量統(tǒng)計匯總如表3所示：

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

各地區(qū)典型地下二層標準站（站長約200 m），配電變壓器容量選擇情況如表4：

通過對各地區(qū)典型站低壓負荷統(tǒng)計分析，最終全所計算負荷約占設備容量的40%～60%，需要系數(shù)由動照提供，不建議修改，變電所設計可通過調(diào)整同時系數(shù)控制變壓器的計算容量。

3.2.3 功率因數(shù)

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

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

3.2.4 視在容量的計算

一、二、三級負荷總計算容量Pjsz=K2*（∑Pjs1+∑Pjs2+∑Pjs3）;

一、二級負荷計算容量Pjs12=K2*（∑Pjs1+∑Pjs2）;

一、二、三級負荷計算視在功率Sz=Pjsz/cosφ;

一、二級負荷計算視在功率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應滿足兩個條件。

條件1：正常運行時，兩臺變壓器分列運行，共同承擔全所一、二、三級負荷時，單臺變壓器所承擔的實際負荷約占變壓器額定容量的60%，即：Sz/2≈0.6*S。

條件2：一臺變壓器退出運行時，另一臺變壓器承擔全所一二級負荷時，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。變壓器容量優(yōu)先選擇上述值，其它容量為非標準設備，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。對于大型車站，可以增設跟隨式變電所。結合各地區(qū)低壓負荷分析及變壓器容量選擇情況，一般而言，典型地下二層標準站（站長約200m）配電變壓器容量可選1250 kVA或1000 kVA。

5 結束語

本文按照配電變壓器的額定容量正常運行時，負載率約為0.6，同時，滿足承擔全所供電范圍內(nèi)的所有一、二級負荷不過載進行了變壓器容量的選擇。

在地鐵工程中，各設備容量和需要系數(shù)由用電專業(yè)提給動力照明專業(yè)，動力照明專業(yè)匯總整理后提給變電所專業(yè)，由于變電所專業(yè)并不能準確了解各專業(yè)、各用電回路的負荷實際情況，所以，對于各回路的計算，如各回路開關容量、脫扣器容量、整定值等選擇仍需以動照提資內(nèi)容為依據(jù)，不能采用分析值、經(jīng)驗值。

上述變壓器選擇僅為參考，不作為變壓器容量選擇的標準要求，變壓器實際負載率和計算負載率由于各種因素影響，偏差比較大，各地區(qū)還應結合實際工況合理選擇。

參考文獻

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