地鐵主變電所主變壓器容量計(jì)算及優(yōu)化建議

趙麥麗

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都610031）

1 概述

城市軌道交通工程多采用集中式供電方式，即建設(shè)地鐵專(zhuān)用主變電所，為地鐵沿線(xiàn)的變電所供電。據(jù)調(diào)研，城市軌道交通用電基本采用兩部制電價(jià)計(jì)費(fèi)，即電價(jià)分為基本電價(jià)和電度電價(jià)兩部分，其中基本電價(jià)按主變電所主變壓器總安裝容量計(jì)費(fèi)，電度電價(jià)按實(shí)際用電量計(jì)費(fèi)。因此，在滿(mǎn)足本線(xiàn)用電需求的前提下，盡量降低主變壓器初期安裝容量，不僅可以降低電能損耗，也可以降低運(yùn)營(yíng)成本，是軌道交通工程重要的節(jié)能措施之一。

2 主變電所主變壓器容量計(jì)算

2.1 容量計(jì)算原則

城市軌道交通工程用電負(fù)荷由牽引負(fù)荷及動(dòng)力照明負(fù)荷兩部分組成。主變電所主變壓器容量應(yīng)根據(jù)供電系統(tǒng)在各種運(yùn)行方式下的負(fù)荷情況綜合考慮后確定。

2.2 成都地鐵1號(hào)線(xiàn)主變電所主變壓器容量計(jì)算

本文以成都地鐵1號(hào)線(xiàn)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)1號(hào)線(xiàn)）為例說(shuō)明地鐵主變電所的主變壓器容量計(jì)算過(guò)程。

2.2.1 號(hào)線(xiàn)概況

成都地鐵1號(hào)線(xiàn)于2010年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，目前已運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路長(zhǎng)度約為25km，共設(shè)地下車(chē)站22座，設(shè)車(chē)輛基地一座、停車(chē)場(chǎng)一座。供電系統(tǒng)采用集中式、110/35kV兩級(jí)電壓供電方式，牽引和動(dòng)力照明共用AC35kV供電環(huán)網(wǎng)，在皂角樹(shù)車(chē)輛段內(nèi)、火車(chē)南站附近分別設(shè)置1座110/35kV主變電所，負(fù)責(zé)地鐵1號(hào)線(xiàn)工程用電負(fù)荷的供電。[1]

2.2.2 牽引負(fù)荷計(jì)算

設(shè)計(jì)條件：

①線(xiàn)路資料

②車(chē)輛資料

車(chē)輛選型：B型車(chē)。

列車(chē)編組：初、近、遠(yuǎn)期均為6輛編組，4動(dòng)2拖。

列車(chē)正線(xiàn)最高運(yùn)行速度：80km/h。

車(chē)輛總重。

③行車(chē)組織資料

目前成都地鐵1號(hào)線(xiàn)高峰小時(shí)開(kāi)行列車(chē)對(duì)數(shù)最高可達(dá)27對(duì)/h。

④供電系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

牽引整流機(jī)組型式：兩套12脈波整流機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行構(gòu)成等效24脈波整流。

整流變壓器一、二次電壓：35/1.18kV。

正線(xiàn)鋼軌型號(hào)：60kg/m。

根據(jù)牽引變電所布點(diǎn)原則，通過(guò)牽引供電計(jì)算，確定本工程的牽引變電所設(shè)置方案，分別位于升仙湖站、人民北路站、天府廣場(chǎng)站、省體育館站、火車(chē)南站、金融城站、世紀(jì)城站、華府大道站及華陽(yáng)站?？芍＿\(yùn)行時(shí)每個(gè)牽引變電所的牽引功率及牽引負(fù)荷。

2.2.3 動(dòng)力照明負(fù)荷計(jì)算

動(dòng)力及照明配電系統(tǒng)采用工頻交流220/380V配電，接地采用TN-S系統(tǒng)。

地鐵1號(hào)線(xiàn)目前共建成運(yùn)營(yíng)22座地下車(chē)站、設(shè)控制中心1座、車(chē)輛基地1座、停車(chē)場(chǎng)1座。其中每座車(chē)站、控制中心、車(chē)輛基地及停車(chē)場(chǎng)分別各設(shè)置一座降壓變電所。規(guī)模較大的車(chē)站根據(jù)負(fù)荷需要增設(shè)跟隨式降壓變電所。

地鐵1號(hào)線(xiàn)22座地下車(chē)站降壓變電所配電變壓器的容量選擇主要有800、1000、1250三種規(guī)格，共設(shè)6座跟隨式降壓變電所。

2.2.4 主變電所容量計(jì)算

根據(jù)主變電所主接線(xiàn)和運(yùn)行方式、牽引供電計(jì)算結(jié)果、各車(chē)站的動(dòng)力照明負(fù)荷情況，經(jīng)供電計(jì)算，得出1號(hào)線(xiàn)兩座主變電所正常運(yùn)行時(shí)，主變壓器的負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，具體見(jiàn)表1。

表1 主變電所容量計(jì)算結(jié)果表

3 主變電所容量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

當(dāng)1號(hào)線(xiàn)皂角樹(shù)及火車(chē)南站主變電所均正常運(yùn)行時(shí)，以下是成都地鐵運(yùn)營(yíng)公司于2017年8月31日～9月2日對(duì)兩座主變電所實(shí)際負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。（表2，表3）

4 理論與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

從上述實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，地鐵1號(hào)線(xiàn)主變電所負(fù)荷最大值基本出現(xiàn)在早高峰8:00～10:00以及晚高峰17:00～19:00之間。將理論計(jì)算值與以上幾天內(nèi)實(shí)測(cè)最大值進(jìn)行對(duì)比，具體如下表。（表4）

表2 皂角樹(shù)主變電所主變壓器負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

從表4可知，主變壓器負(fù)荷的理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間具有一定的差異。其中皂角樹(shù)主變電所實(shí)測(cè)負(fù)荷值與理論值的差距較大。

皂角樹(shù)主變電所供電范圍含4座牽引變電所、8座車(chē)站降壓所、一座車(chē)輛基地降壓所及跟隨所的負(fù)荷；而火車(chē)南站主變電所供電范圍含7座牽引變電所、14座車(chē)站降壓所、一座控制中心及一座停車(chē)場(chǎng)的降壓所及跟隨所的負(fù)荷。[2]

經(jīng)分析，可能存在差異產(chǎn)生的原因有：

①在一系列設(shè)計(jì)條件確定的情況下，列車(chē)重量及高峰小時(shí)開(kāi)行對(duì)數(shù)等因素會(huì)直接影響到各牽引變電所牽引負(fù)荷的大小。目前天府廣場(chǎng)站以北因客流量較小，列車(chē)也遠(yuǎn)未達(dá)到滿(mǎn)載，列車(chē)開(kāi)行對(duì)數(shù)較少，與設(shè)計(jì)計(jì)算值相比，牽引負(fù)荷值較小。目前大客流集中在天府廣場(chǎng)站以南，除了自身客流外，還有大量換乘客流。而隨著地鐵3、4號(hào)線(xiàn)的開(kāi)通以及即將開(kāi)通的7號(hào)線(xiàn)，換乘線(xiàn)路帶來(lái)大量客流涌入地鐵1號(hào)線(xiàn)。故此范圍內(nèi)的牽引負(fù)荷與理論計(jì)算值的誤差不是很大。

表3 火車(chē)南站主變電所主變壓器負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

實(shí)際動(dòng)力照明設(shè)備的利用情況與設(shè)計(jì)理論估計(jì)的利用情況之間存在差異。

②車(chē)輛參數(shù)誤差

因不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的B型車(chē)輛的牽引系統(tǒng)不同，導(dǎo)致車(chē)輛取流及制動(dòng)特性有差異，從而導(dǎo)致實(shí)際的牽引負(fù)荷與設(shè)計(jì)時(shí)理論的牽引負(fù)荷值有差異。

③行車(chē)計(jì)劃

理論行車(chē)計(jì)劃與線(xiàn)路實(shí)際運(yùn)營(yíng)時(shí)安排的行車(chē)計(jì)劃有差異。且制定行車(chē)計(jì)劃時(shí)應(yīng)充分考慮車(chē)輛進(jìn)站與出站、與牽引變電所設(shè)置的影響。

④動(dòng)力照明設(shè)備利用情況

5 主變壓器容量?jī)?yōu)化建議

①在進(jìn)行牽引供電計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)車(chē)輛滿(mǎn)載情況下的列車(chē)運(yùn)行交路進(jìn)行計(jì)算，以應(yīng)對(duì)隨時(shí)可能發(fā)生的突發(fā)大客流現(xiàn)象。

②設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮各種車(chē)輛參數(shù)及牽引運(yùn)行方式引起的牽引負(fù)荷差距。

③設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理制定行車(chē)計(jì)劃，選擇科學(xué)合理的牽引運(yùn)行方式。

④合理確定車(chē)站（車(chē)場(chǎng)、控制中心）降壓變電所的計(jì)算負(fù)荷

據(jù)調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)城市軌道交通降壓變電所內(nèi)的配電變壓器均存在安裝容量過(guò)大、利用率偏低的情況，因此，應(yīng)進(jìn)一步對(duì)開(kāi)通線(xiàn)路各用電設(shè)備的負(fù)荷需求和容量預(yù)留進(jìn)行調(diào)查和分析，后續(xù)線(xiàn)路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)參考已開(kāi)通線(xiàn)路的調(diào)查結(jié)果，合理選取動(dòng)力照明各種設(shè)備的需用系數(shù)及所間同時(shí)系數(shù)，從而更準(zhǔn)確的確定用電設(shè)備的負(fù)荷需求，合理確定配電變壓器容量，提高利用率，降低電能損耗。