城市軌道交通工程設(shè)計中車站動力變壓器容量選擇淺析

摘要：通過對城市軌道交通中車站中影響車站動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行負(fù)載率偏低的幾個原因：車站用電設(shè)備不是在同一個運行工況下同時運行，目前容量計算中的需要系數(shù)和同時系數(shù)偏高，各個用電設(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。

目前投入運行的城市軌道交通項目越來越多，北京、天津、成都、上海、南京、廣州、深圳等地的城市軌道交通項目都陸續(xù)投入運行。在已經(jīng)投入運行的城市軌道交通項目中，基本上都反映車站動力變壓器運行負(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。筆者根據(jù)在城市軌道交通設(shè)計中的一些經(jīng)驗，對變壓器的低負(fù)載運行原因進(jìn)行一些分析，具體如下：

首先，在變壓器容量確定時，都要進(jìn)行設(shè)備容量統(tǒng)計計算，在進(jìn)行設(shè)備容量統(tǒng)計計算的時候，基本上大家都是采用需要系數(shù)法。按照設(shè)備容量統(tǒng)計后，經(jīng)過需要系數(shù)、同時系數(shù)的計算最后按照變壓器經(jīng)濟(jì)運行負(fù)載確定變壓器的容量。從計算到最后的結(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設(shè)備的運行工況和模式，就會發(fā)現(xiàn)一些問題。我們在進(jìn)行設(shè)備容量計算的時候是統(tǒng)一將車站所有設(shè)備容量進(jìn)行羅列后進(jìn)行計算，實際上各種設(shè)備并不是在同一工況下運行，這就導(dǎo)致實際運行時，變壓器的負(fù)載率要小于理論計算值。

現(xiàn)在，我們對車站的用電設(shè)備及運行工況做一個大致的分析。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、排熱風(fēng)機等設(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)工況三種運行模式。在正常工況下，環(huán)控設(shè)備、通信信號設(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)備均投入運行，但環(huán)控系統(tǒng)設(shè)備中，隧道事故風(fēng)機、排熱風(fēng)機基本上不投入運行，給排水設(shè)備中的消防泵不投入運行，廢水泵和污水泵投入運行的時間也非常少，處于基本上不運行的狀態(tài)下。在列車阻塞工況下，環(huán)控設(shè)備、通信信號設(shè)備、AFC、綜合監(jiān)控、屏蔽門、乘客咨詢系統(tǒng)、電扶梯等設(shè)備均投入運行，此時，隧道事故風(fēng)機、排熱風(fēng)機投入運行。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)備均投入運行；此時，在車站火災(zāi)時，隧道事故風(fēng)機、排熱風(fēng)機不投入運行，隧道火災(zāi)時，隧道事故風(fēng)機、排熱風(fēng)機投入運行。

其次，目前在城市軌道交通設(shè)計中的設(shè)備計算容量計算中的一些計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)計確定的。從已經(jīng)投入的城市軌道交通項目的變壓器運行負(fù)載率看，鐵路規(guī)定中的需要系數(shù)和同時系數(shù)偏大，需要根據(jù)實際情況進(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)備供貨商會采用不同的方式保證其設(shè)備安全可靠運行，環(huán)控風(fēng)機供貨商經(jīng)常采用設(shè)備容量等級大一級的電動機來拖動風(fēng)機，給排水水泵供貨商也經(jīng)常采用設(shè)備容量大一級的電機，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)各個專業(yè)提交的用電要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)備容量計算的，在基礎(chǔ)資料偏大的前提下，變壓器的運行負(fù)載率肯定會小于理論計算值。

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)備的運行狀態(tài)、設(shè)備容量計算時的需要系數(shù)和同時系數(shù)及設(shè)備額定容量偏大。我們可以在設(shè)計過程中采用以下手段來提高變壓器運行的負(fù)載率：

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

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

接下來針對各個設(shè)備標(biāo)定的額定容量偏大的問題，只能依據(jù)設(shè)計人員自己的經(jīng)驗進(jìn)行控制，設(shè)備供貨商肯定不會提出數(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，一般環(huán)控風(fēng)機的額定容量基本上都是按照環(huán)控風(fēng)機系列中電動機容量小一級就可以滿足環(huán)控風(fēng)機要求，弱電設(shè)備的用電容量基本上是額定容量的90%以下。

最后，合理的運用變壓器短期超載運行的特性，根據(jù)變壓器最佳經(jīng)濟(jì)運行參數(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)計中的一些體會，希望能夠?qū)窈蟮某鞘熊壍澜煌ㄜ囌咀儔浩魅萘窟x擇中有一點點幫助。