地鐵車站配電變壓器負載率研究

李鯤鵬

摘 要：文章在分析地鐵車站日負荷特性和干式變壓器技術特性的基礎上，分別從變壓器的運行成本和全壽命周期成本的角度，建立變壓器負載率數學模型，提出了地鐵車站配電變壓器的最佳負載率。

關鍵詞：變壓器；負載率；全壽命周期成本

中圖分類號：U231.8 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）23-0095-02

目前地鐵車站配電變壓器的安裝容量普遍較大，造成此現象的主要因素有：由于缺乏實際運營的經驗沒有充分認識到地鐵車站負荷的特殊性，車站用電負荷的估計偏大，配電變壓器負載率的選擇過小；其中變壓器負載率的選擇是影響配電變壓器安裝容量的重要因素之一。因此，本文在分析地鐵車站日負荷特性的基礎上，從供電系統的運行成本和全壽命周期成本的角度，分析配電變壓器的最優負載率，合理地確定地鐵車站配電變壓器的安裝容量。

1 地鐵車站日負荷特性分析

一般而言，地下車站空調季節全新風運行模式時的計算負荷約為阻塞運行模式時計算負荷的70%～80%。這與地下車站的規模、隧道通風系統的設置模式、供冷方式（集中供冷/分散供冷）等因素密切相關。根據地鐵的運營計劃，地鐵變壓器的日負荷明顯的分為高峰負荷和低谷負荷兩個階段，即0：00～5：30各車站均處于夜間停運模式，僅有少量的應急照明負荷、部分設備房間的小系統空調負荷和維修用電負荷；5：30～24：00進入區間隧道通風和白天的正常運營模式。其典型日負荷曲線，如圖1、圖2所示。

2 地鐵用配電變壓器技術經濟特性分析

2.1 干式電力變壓器的主要技術特性分析

2.2 地鐵用干式變壓器的運行能耗分析

在分析變壓器的運行能耗時，不僅要考慮變壓器本身的有功功率損耗，而且還應計及無功功率對系統的影響。根據《工礦企業電力變壓器經濟運行導則》，對于地鐵供電系統無功經濟當量KQ可以取為0.02～0.04。

式中：CI為變壓器初始費用（元）包括設備價格、運輸、安全等費用；A為單位空載損耗的等效初始費用（單位為元/瓦）；B為單位負載損耗的等效初始費用（單位為元/w）；P0為變壓器額定空載有功損耗（W）；PK為變壓器額定負載有功損耗（W）；UK%為變壓器額定阻抗電壓%；I0%為變壓器空載電流%；Se為變壓器額定容量（kVA）；KQ為無功經濟當量（kW/kvar）。

4.2 主要系數的計算

①變壓器等效初始費用（CI）：變壓器的等效初始費用包括設備價格、運輸、安全等費用，其中變壓器的設備價格為主要費用。

②損耗等效初費用（A、B系數）：變壓器的單位空載損耗等效初始費用（簡稱A系數）主要與電價有關；變壓器的單位負載損耗等效初始費用（簡稱B系數）除與電價有關外，還與變壓器所帶負荷的負載特征有關。

4.3 變壓器容量選擇模型

設Pj為車站變電所低壓母線的計算功率（kW），cos？漬為變壓器低壓母線的功率因數，？茁為車站兩臺變壓器的負載率。

以給定的車站計算負荷為例，直觀地分析了配電變壓器的總擁有費用隨著變壓器的負載率？茁的變化關系，如圖3所示。在給定的計算功率的Pj條件下，必然存在一個使得配電變壓器的總擁有費用TOCEFC達到最低的最佳負載率？茁L；變壓器負載率的偏高和偏低，都會使變壓器的總擁有費用增加。

在變壓器的等效初始費用一定的條件下，基于全壽命周期成本的配電變壓器的最佳負載率？茁L與其等效損耗初始費用（A系數和B系數）的相對取值密切相關。年最大負載損耗時間tmax直接影響著變壓器的最佳負載率？茁L的取值，即地鐵車站的日負荷特性直接影響著其最佳負載率？茁L在給定的tmax下，變壓器的最佳負載率？茁L基本為一常數。

5 結 語

地鐵車站配電變壓器宜按照負載率60%～70%初步選擇變壓器的額定容量，同時依據各變電所的一、二級負荷進行校正。

參考文獻：

[1] 周鶚.電機學[M].北京：水利電力出版社，1995.