地鐵主變電所主變壓器容量計算及優化建議

趙麥麗

（中鐵二院工程集團有限責任公司，成都610031）

1 概述

城市軌道交通工程多采用集中式供電方式，即建設地鐵專用主變電所，為地鐵沿線的變電所供電。據調研，城市軌道交通用電基本采用兩部制電價計費，即電價分為基本電價和電度電價兩部分，其中基本電價按主變電所主變壓器總安裝容量計費，電度電價按實際用電量計費。因此，在滿足本線用電需求的前提下，盡量降低主變壓器初期安裝容量，不僅可以降低電能損耗，也可以降低運營成本，是軌道交通工程重要的節能措施之一。

2 主變電所主變壓器容量計算

2.1 容量計算原則

城市軌道交通工程用電負荷由牽引負荷及動力照明負荷兩部分組成。主變電所主變壓器容量應根據供電系統在各種運行方式下的負荷情況綜合考慮后確定。

2.2 成都地鐵1號線主變電所主變壓器容量計算

本文以成都地鐵1號線（以下簡稱1號線）為例說明地鐵主變電所的主變壓器容量計算過程。

2.2.1 號線概況

成都地鐵1號線于2010年開通運營，目前已運營線路長度約為25km，共設地下車站22座，設車輛基地一座、停車場一座。供電系統采用集中式、110/35kV兩級電壓供電方式，牽引和動力照明共用AC35kV供電環網，在皂角樹車輛段內、火車南站附近分別設置1座110/35kV主變電所，負責地鐵1號線工程用電負荷的供電。[1]

2.2.2 牽引負荷計算

設計條件：

①線路資料

②車輛資料

車輛選型：B型車。

列車編組：初、近、遠期均為6輛編組，4動2拖。

列車正線最高運行速度：80km/h。

車輛總重。

③行車組織資料

目前成都地鐵1號線高峰小時開行列車對數最高可達27對/h。

④供電系統主要設備參數

牽引整流機組型式：兩套12脈波整流機組并聯運行構成等效24脈波整流。

整流變壓器一、二次電壓：35/1.18kV。

正線鋼軌型號：60kg/m。

根據牽引變電所布點原則，通過牽引供電計算，確定本工程的牽引變電所設置方案，分別位于升仙湖站、人民北路站、天府廣場站、省體育館站、火車南站、金融城站、世紀城站、華府大道站及華陽站。可知正常運行時每個牽引變電所的牽引功率及牽引負荷。

2.2.3 動力照明負荷計算

動力及照明配電系統采用工頻交流220/380V配電，接地采用TN-S系統。

地鐵1號線目前共建成運營22座地下車站、設控制中心1座、車輛基地1座、停車場1座。其中每座車站、控制中心、車輛基地及停車場分別各設置一座降壓變電所。規模較大的車站根據負荷需要增設跟隨式降壓變電所。

地鐵1號線22座地下車站降壓變電所配電變壓器的容量選擇主要有800、1000、1250三種規格，共設6座跟隨式降壓變電所。

2.2.4 主變電所容量計算

根據主變電所主接線和運行方式、牽引供電計算結果、各車站的動力照明負荷情況，經供電計算，得出1號線兩座主變電所正常運行時，主變壓器的負荷計算結果，具體見表1。

表1 主變電所容量計算結果表

3 主變電所容量實測數據

當1號線皂角樹及火車南站主變電所均正常運行時，以下是成都地鐵運營公司于2017年8月31日～9月2日對兩座主變電所實際負荷的統計數據。（表2，表3）

4 理論與實測數據分析

從上述實測數據可知，地鐵1號線主變電所負荷最大值基本出現在早高峰8:00～10:00以及晚高峰17:00～19:00之間。將理論計算值與以上幾天內實測最大值進行對比，具體如下表。（表4）

表2 皂角樹主變電所主變壓器負荷統計

從表4可知，主變壓器負荷的理論計算值與實測值之間具有一定的差異。其中皂角樹主變電所實測負荷值與理論值的差距較大。

皂角樹主變電所供電范圍含4座牽引變電所、8座車站降壓所、一座車輛基地降壓所及跟隨所的負荷；而火車南站主變電所供電范圍含7座牽引變電所、14座車站降壓所、一座控制中心及一座停車場的降壓所及跟隨所的負荷。[2]

經分析，可能存在差異產生的原因有：

①在一系列設計條件確定的情況下，列車重量及高峰小時開行對數等因素會直接影響到各牽引變電所牽引負荷的大小。目前天府廣場站以北因客流量較小，列車也遠未達到滿載，列車開行對數較少，與設計計算值相比，牽引負荷值較小。目前大客流集中在天府廣場站以南，除了自身客流外，還有大量換乘客流。而隨著地鐵3、4號線的開通以及即將開通的7號線，換乘線路帶來大量客流涌入地鐵1號線。故此范圍內的牽引負荷與理論計算值的誤差不是很大。

表3 火車南站主變電所主變壓器負荷統計

實際動力照明設備的利用情況與設計理論估計的利用情況之間存在差異。

②車輛參數誤差

因不同廠家生產的B型車輛的牽引系統不同，導致車輛取流及制動特性有差異，從而導致實際的牽引負荷與設計時理論的牽引負荷值有差異。

③行車計劃

理論行車計劃與線路實際運營時安排的行車計劃有差異。且制定行車計劃時應充分考慮車輛進站與出站、與牽引變電所設置的影響。

④動力照明設備利用情況

5 主變壓器容量優化建議

①在進行牽引供電計算時，應根據車輛滿載情況下的列車運行交路進行計算，以應對隨時可能發生的突發大客流現象。

②設計時應充分考慮各種車輛參數及牽引運行方式引起的牽引負荷差距。

③設計時應合理制定行車計劃，選擇科學合理的牽引運行方式。

④合理確定車站（車場、控制中心）降壓變電所的計算負荷

據調研，目前國內城市軌道交通降壓變電所內的配電變壓器均存在安裝容量過大、利用率偏低的情況，因此，應進一步對開通線路各用電設備的負荷需求和容量預留進行調查和分析，后續線路設計時應參考已開通線路的調查結果，合理選取動力照明各種設備的需用系數及所間同時系數，從而更準確的確定用電設備的負荷需求，合理確定配電變壓器容量，提高利用率，降低電能損耗。