地鐵車站動力照明變壓器容量計算解析

姚智騰

摘要：針對地鐵車站的用電負(fù)荷情況，進(jìn)行剖析，合理確定用電負(fù)荷，選用合適變壓器。

關(guān)鍵詞：地鐵車站;動力照明;用電負(fù)荷;變壓器

1簡介

地鐵車站動力照明變壓器的選擇尤為重要，容量選擇過大，會產(chǎn)生大牛拉小車，變壓器的有功、無功損耗會很大;容量選擇過小，變壓器的負(fù)荷率過高，對變壓器安全產(chǎn)生很大隱患。然后，選擇合適的容量的變壓器則需要做合理的用電負(fù)荷計算。本文深入解析負(fù)荷計算中各個參數(shù)的選取;各種狀態(tài)下，變壓器不同母線段的負(fù)載情況。

2低壓主接線

變電所低壓主接線采用單母線分段運行，正常情況下，兩臺動力變壓器同時運行，母線分段斷路器斷開，當(dāng)一臺變壓器故障或停電時，自動切除三級負(fù)荷，母線分段斷路器自動投入，由另一臺變壓器向兩段母線一、二級負(fù)荷供電。各段母線均設(shè)有三級負(fù)荷總開關(guān)。

3負(fù)荷分級

車站機電設(shè)備及照明用電負(fù)荷按其不同的用途和重要性分為三級。

3.1一級負(fù)荷

綜合監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、民用通信、信號系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、自動滅火、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)、屏蔽門、所用電、應(yīng)急照明、站廳/站臺公共區(qū)照明、廢水泵、敞口出入口及風(fēng)亭雨水泵、消防水系統(tǒng)設(shè)備及其閥門、事故風(fēng)機及其閥門、緊急疏散用自動扶梯、門禁、站臺門、防淹門、公安通信、應(yīng)急導(dǎo)向燈箱等。其中應(yīng)急照明、變電所操作電源、通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)等為特別重要負(fù)荷。

3.2二級負(fù)荷

設(shè)備區(qū)和管理區(qū)照明、非事故風(fēng)機、污水泵、有蓋出入口、非疏散用自動扶梯、電梯、維修電源、銀行、備用空調(diào)系統(tǒng)、普通導(dǎo)向燈箱、出入口通道照明等。

3.3三級負(fù)荷

冷水機組及其配套設(shè)備、廣告照明、保潔電源、商鋪等。

4.計算分析

4.1地鐵車站廣泛采用需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計算，需要系數(shù)的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，通過和地鐵公司、運營，各鐵路設(shè)計院等諸多單位、部門的溝通，基本確定各類負(fù)荷的需要系數(shù)：

所用電、通信（專用）、民用通信、公安通信、PIDS、信號、綜合監(jiān)控、BAS、氣體滅火、車控室、警務(wù)室、車站電子導(dǎo)引需用系數(shù)都按0.5考慮;AFC需用系數(shù)按0.75;屏蔽門按0.65考慮;電梯、二級負(fù)荷小動力按0.2考慮;廣告照明按1考慮;廢水泵、污水泵按0.7考慮;消防泵、維修電源箱按0考慮;銀行、商鋪按0.8考慮;環(huán)控、出入口按0.6～0.7考慮;扶梯按0.5～0.6考慮;三級負(fù)荷小動力按0.3～0.4考慮;照明（非廣告類）按0.7～0.8考慮;EPS按0.8～0.9考慮。

4.2由于地鐵車站選用的變壓器為兩臺互為備用，且容量要一致。兩變壓器的高壓進(jìn)線來自不同母線，滿足雙高壓進(jìn)線。所以在分配負(fù)荷的時候兩臺變壓器應(yīng)分配均等;而且需要按不同負(fù)荷等級來分配均等。

4.3正常情況下的負(fù)荷計算：兩段母線應(yīng)承受的電力負(fù)荷需基本一致。兩段母線分配好負(fù)荷后，所有的Pjs計算功率求和，然后乘以同時系數(shù)（一般取0.85），再按補償后的功率因數(shù)（一般取0.9）算出視在功率S。此項計算關(guān)鍵點是一級負(fù)荷不應(yīng)算重復(fù)，一級負(fù)荷供電方式為雙路供電，設(shè)計時應(yīng)標(biāo)明那段母線是主供，那段是備供。在計算Pjs和時，只需提出主供的Pjs，備供的Pjs不考慮。二、三級負(fù)荷由于是單回路供電，所以二、三級負(fù)荷不存在備供的情況;另一個關(guān)鍵點就是計算出的視在功率S，應(yīng)是兩臺變壓器共同提供的負(fù)荷。根據(jù)變壓器正常情況下負(fù)載率不能高于85%，可以算出變壓器容量：St≥S/2/0.85。

2.4非正常情況下的負(fù)荷計算：當(dāng)一臺變壓器故障或停電時，由SCADA系統(tǒng)自動切除三級負(fù)荷，母線分段斷路器自動投入，由另一臺變壓器向兩段母線一、二級負(fù)荷供電。將兩段母線的所有一二級Pjs計算功率求和，然后乘以同時系數(shù)（一般取0.85），再按補償后的功率因數(shù)（一般取0.9）算出視在功率S。此項計算關(guān)鍵點是也是一級負(fù)荷不應(yīng)算重復(fù)，在計算Pjs和時，只需提出主供的Pjs，備供的Pjs不考慮[4];另一個關(guān)鍵點就是計算出的視在功率S，應(yīng)是任一臺變壓器單獨提供的負(fù)荷，且此種情況下，變壓器的負(fù)載率可以達(dá)到滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)（負(fù)載率不超過100%即可，一般取0.95）。可以算出變壓器容量：St≥S/0.95。（5）以上兩種情況計算出來后，取大值，再根據(jù)變壓器各容量分級，選取合適容量的變壓器。按照以往設(shè)計經(jīng)驗，肯定是非正常情況下的St大于正常情況下的St;而且標(biāo)準(zhǔn)車站一般最終選取2臺1250kVA或2臺1600kVA的變壓器。

現(xiàn)以廣州地鐵11號線南石路站的負(fù)荷書為例：

A.一級負(fù)荷I段母線車控室Pjs=PexKx=15x0.5=7.5kW...B端負(fù)一層風(fēng)亭雨水泵Pjs=PexKx=17.6x0.7=12.32kW，一級負(fù)荷I段母線總Pjs為641.89kW;

B.一級負(fù)荷II段母線A端一級環(huán)控負(fù)荷2Pjs=PexKx=145x0.7=101.5kW...B端負(fù)二層風(fēng)亭雨水泵Pjs=PexKx=8.8x0.7=6.16kW，一級負(fù)荷II段母線總Pjs為591.35kW

C.二級負(fù)荷I段母線A端污水泵Pjs=PexKx=11x0.7=7.7kW...A端環(huán)控二級負(fù)荷Pjs=PexKx=78.5x0.7=54.95kW，二級負(fù)荷I段母線總Pjs為154.39kW;

D.二級負(fù)荷II段母線A端右線區(qū)間維修箱Pjs=PexKx=15x0=0kW...B端環(huán)控二級負(fù)荷Pjs=PexKx=185x0.7=129.5kW，二級負(fù)荷II段母線總Pjs為213.38kW;

E.三級負(fù)荷I段母線A端站廳廣告照明Pjs=PexKx=30x1=30kW...B端站臺廣告照明Pjs=PexKx=30x1=30kW，三級負(fù)荷I段母線總Pjs為288kW;

F.三級負(fù)荷II段母線環(huán)控三級負(fù)荷Pjs=PexKx=44x0.7=30.8kW...冷水機組2Pjs=PexKx=230x0.7=161kW，三級負(fù)荷II段母線總Pjs為221kW;

G.非正常情況變壓器視在功率（一臺變壓器帶所有一、二級負(fù)荷）：S=（a+b+c+d）xKt/0.9=1601.01x0.85/0.9=1512.07kVA，此時選用2臺1600kVA變壓器，負(fù)載率約為1512.07/1600=95%;

H.正常情況變壓器視在功率（每臺變壓器帶各自一、二、三級負(fù)荷）：S=（a+b+c+d+e+f）xKt/0.9=2110.01x0.85/0.9=1992.78kVA，此時選用2臺1600kVA變壓器，負(fù)載率約為1992.78/（1600x2）=62%;最終選用2臺1600kVA變壓器作為本車站動力照明用電。

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