（电气工程专业论文）广州地铁供电系统节能研究及技术改造.pdf

摘要 针对目前广州地铁一号线、二号线供电系统运营中出现的动力配电变压器的装机容 量偏大和车站变电所的无功补偿装置均不需投入等两个问题，从车站变电所及l l o k v 主 变电所的负荷计算、配电变压器的容量选择、供电系统的无功补偿、地铁各供电系统节 能运行模式、基于节能运行模式的技术改造、节能经济理论探讨等六方面作了较为深入 的研究。 车站变电所的计算负荷按照需要系数法进行计算。在分析地铁各个车站运行关系的 基础上，建立了等效的l l o k v 主变电站动力照明负荷的计算模型，确定了主变电站动力 照明负荷有功功率的同时系数为0 7 0 8 。经修正的负荷计算表能使既有的变压器容量 降低l 2 个容量等级，使得变压器的实际负荷率处在比较合理的水平。该负荷计算表 合理地反映了地铁车站动力照明负荷的特殊性，提高了负荷计算的准确性，为确定动力 配电变压器的容量提供了可靠依据。 依据目前国内干式配电变压器的制造水平，地铁用变压器( 5 0 0 k v a 2 5 0 0 k v a ) 的 效率最佳负载率一般为4 5 6 0 。在分析地铁车站日负荷特性和现有变压器技术经济 水平的基础上，认为在变压器的经济运行期内将负载率确定在6 0 左右是合适的。因此 地铁车站配电变压器容量确定的基本原则是：变压器按照正常运行时6 0 的负载率选择 其额定容量，同时依据一、二级负荷进行校正。 在分析地铁供电网络典型结构的基础上，建立了地铁交流供电网络等效电路模型， 电网络1 1 0 k v 侧的平均功率因数大于o 9 5 。经过技术经济比较后，建议五号线供电系统 在运营的初近期不进行低压动力照明负荷的无功补偿设置，仅在车站变电所预留电力电 容器无功补偿装置的安装位置，以备在近远期根据负荷的增长和供电部门电费政策的变 化，经技术经济比较后决定是否需要进行无功功率的补偿。同时努力提高动力照明负荷 的自然功率因数，期望将低压侧动力照明负荷的自然功率因数控制在0 8 以上。 地铁一号线有9 0 台变压器，其中主变压器4 台，整流变压器1 6 台，动力变压器7 0 台， 目前的运行方式是全部变压器投入运行。通过改变交流高中压、直流牵引和低压动力系 统的运行方式，经过测试分析，将全线5 0 变压器撤出运行后，可以降低损耗2 0 0 k w , 年 损耗降低约为2 1 8 0 3 6 4 千瓦时，可折合费用为1 7 5 万元以上。 在节能经理论探讨部分，认为可以通过降低各种损耗来实现节能，如线路、变压器、 设备的损耗等，特别是在不同电压等级进行调整电压工作。另外可以考虑剥除非供电运 营用电的损耗，建立供电运营用电的独立考核机制，这是供电真正实现成本经济考核， 实行经济运营方式的计算方式。 在基于运行方是式改变所需要的技术改造部分，地铁低压配电系统自投自复控制回 路的改造，使变电所的动力变运行方式更为灵活，在供电的低峰期，可把一台动力变切 除，减少损耗，而在用电高峰期则可重新投入停运变压器，提高供电可靠性。主所变压 器实现并列运行后，在负荷低的时候，为减少变压器的损耗，可先把两台主变压器并列 运行，然后切除一台主变压器，从而实现变压器的在线运行切换，对负荷供电不造成影 响。 关键词：负荷计算；容量选择；无功补偿；运行模式；技术改造 i i a b s t r a c t i ta r i s e st w oq u e s t i o n sd u r i n gp o w e r s u p p l ys y s t e mr u n n i n go f g u n n g z h o um e t r ol i n e1 & 2 t h ec a p a b i l i t yc h o i c eo ft r a n s f o r m e ri s g r e a t e rt h a nd e m a n da n dt h er e a c t i v ep o w e r c o m p e n s a t i o no fd e p o r tt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o nn e e dn o tr u nn o w t h i sa r t i c l em a k e sd e p t h i n v e s t i g a t i o n t ol o a dc a l c u l a t i n go fd e p o r tt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o na n dl l o k vp r i m a r y t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n 、c a p a b i l i t yc h o i c eo ft r a n s f o r m e r 、r e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o no f p o w e rs u p p l ys y s t e m 、e c o n o m yr u n n i n gm o d eo fm e t r op o w e rs u p p l ys y s t e m 、t e c h n i c r e n o v a t i o n sb a s e do ne c o n o m yr u n n i n gm o d e 、e c o n o m yt h e o r yo f e n e r g ys a v i n gi na l l u s i o nt o s u c ht w oq u e s t i o n se t e t oc a l c u l a t i n gt h el o a do fd e p o r tt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o ni sa c c o r d i n gt od e m a n dm o d u l u s w a y b a s e do na n a l y z i n gt h er e l a t i o n s o fm e t r oe v e r yd e p o r tt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n , t h e c a l c u l a t i n gm o d e lo fe q u i v a l e n c eo f11 0 k vp r i m a r yt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o nf o rp o w e r & l i g h t i n gi sb u i l to n 。t h ec o n t e m p o r a r ym o d u l u so fp r i m a r yt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o nf o rp o w e r & l i g h t i n gi sa s c e r t a i n e do 7 o 8 t h em o d i f i c a t o r i e dl o a dc a i c u l a t i n gt a b l ec a nr e d u c et h e c a p a b i l i t yc h o i c eo ft r a n s f o r m e rn o w t o1 2g r a d e s s ot h ep r a c t i c el o a dr a t i oo ft r a n s f o r m e r i sr a t i o n a lc o n t r a s tt ob e f o r e t h el o a de a i c u l a t i n gt a b l er e f l e c t sp a r t i c u l a r i t yo fm e t r od e p o r t t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o nf o rp o w e r & l i g h t i n gi nr g a s o n 1 i f t s v e r a c i t y o fl o a d c a l c u l a t i n g ，p r o v i d e sc r e d i b i l i t yg i s tf o rc a p a b i l i t ya s c e r t a i n i n go fp o w e r t r a n s f o r m e r a c c o r d i n gt om a n u f a c t u r el e v e lo fn a t i o n a ld i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e rn o w , t h eb e s tl o a d r a t i oo fm e t r ot r a n s f o r m e r ( 5 0 0 k v a 2 5 0 0 k v a ) i s4 5 6 0 b a s e do na n a l y z i n gt h e p a r t i c u l a r i t yo fm e t r od e p o r td a i l yl o a da n dt h ee c o n o m y & t e c h n i cl e v e lo ft r a n s f o r m e r n o w , t h el o a d ，r a t i oo fe c o n o m yr u n n i n gm o d eo ft r a n s f o r m e ri sa s c e r t a i n e d6 0 c a nb e t h i n k e di nr e a s o n s ot h eb a s i cp r i n c i p l eo fc a p a b i l i t yc h o i c ef o rm e t r od e p o r td i s t r i b u t i o n t r a n s f o r m e ri sa c c o r d i n gt ot r a n s f o r m e rr a n n i n gi ng e a r , c h o o s i n g6 0 l o a dr a t i oo fr a t e d c a p a b i l i t y , m a k i n gr e v i s eb y1 s t & 2 n dl o a da tt h es a m et i m e b a s e do na n a l y z i n gt h er e p r e s e n t a t i v es t r u c t u r a lo fm e t r op o w e rs u p p l ys y s t e m n e t w o r k ，t h ee q u i v a l e n c ec i r c u i tm o d e lo fm e t r oa cp o w e rs u p p l ys y s t e mn e t w o r ki sb u i l t t h e a v e r a g ep o w e rf a c t o ro f1 1 0 k vs i d ei sm o r et h a n0 9 5 a f t e rc o m p a r e dw i t ht e c h n i ca n d e c o n o m y , t h er e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o no fl o w - v o l t a g ep o w e r & l i g h t i n go fp o w e rs u p p l y s y s t e mo fm e t r ol i n e 5 i ss u g g e s t e dn o tt ou s ea tt h eb e g i n n i n go fm e t r or u n n i n g o n l y o b l i g a t i n gt h ef i x i n gl o c a t i o no fe l e c t r i cp o w e rc a p a c i t o rr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o ni n o r d e rt od e c i d ew h e t h e rt h er e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o nn e e dt ob eu s e da f t e rc o m p a r e dw i t h i i i t e c h n i ca n de c o n o m ya c c o r d i n gt ol o a dl i f t i n ga n de l e c t r i cc h a r g eo f p o w e r s u p p l yd e p a r t m e n t c h a n g i n ga tt h es a m et i m e ，t r yh a r dt ob r i n gu pt h ep o w e rf a c t o ro f p o w e r & l i g h t i n gl o a d ，t h e p o w e rf a c t o ro fp o w e r & l i g h t i n gl o a do fl o w - v o l t a g es i d ei sh o p e dt ob ed o m i n a t e dm o r e t h a n0 8 t h e r ea r e9 0t r a n s f o r m e r si nm e t r ol i n e l , t h e r e i n t o4p r i m a r yt r a n s f o r m e r s ，1 6r e c t i f i e d t r a n s f o r m e r s ，7 0p o w e rt r a n s f o r m e r s ，t h ea c t u a lr u n n i n gm o d ei st h a ta l lo f t h et r a n s f o r m e r sa r e r u n n i n g t h r o u g hc h a n g i n gt h ea c t u a lr u n n i n gm o d eo fh v cs u p p l ys y s t e m & 15 0 0 vd c s u p p l ys y s t e m ，a f t e rt e s t i n ga n a l y z i n g ，e v a c u a t i n g5 0 t r a n s f o r m e r so ft h ew h o l el i n ec a l l r e d u c e2 0 0 k ws p o i l a g e ，i ti s2 1 8 0 3 6 4 k w he l e c t r i ce n e r g y , s ot h a te q u a lt o1 7 5 0t h o u s a n d s y u a n w h e nd i s c u s s i n g e c o n o m yt h e o r yo fe n e r g ys a v i n g ，r e d u c i n gs p o i l a g eo fl i n e 、 t r a n s f o r m e r 、 e q u i p m e n t c a nb et 蚰n k e dt h e w a yw h i c hp u te n e r g ys a v i n g t o r e a l i z a t i o n ，e s p e c i a l l yt or e g u l a t i n gv o l t a g ea td i s t i n c t n e s sv o l t a g eg r a d e s o nt h eo t h e r s i d e ，d i v e s t i n ge l e c t r i ce n e r g yw h i c hi sn o tt ou s e dr u n n i n gc a na l s ob et h i n k e d ，i n d e p e n d e n c e a s s e s sm e c h a n i s mc a nb eb u i l tt op o w e rs u p p l ys y s t e mr u n n i n g ，w h i c hp u tc o s te c o n o m y a s s e s s i n go fp o w e rs u p p l ys y s t e mt or e a l i z a t i o n , p u tc a l c u l a t i n go fe c o n o m yr u n n i n gm o d eo f p o w e rs u p p l ys y s t e mi n t op r a c t i c e a tt h ep a r to ft e c h n i cr e n o v a t i o n sb a s e do nc h a n g i n gr u n n i n gm o d e ，t h et e c h n i c r e n o v a t i o no fs e l f - t r i p p i n g & s e l f - r e c l o s i n go fm e t r ol o w - v o l t a g ed i s t r i b u t i o ns u b s t a t i o n m a k e st h er u n n i n gm o d eo fp o w e rt r a n s f o r m e rm o r ea g i l i t y d u r i n gp o w e rs u p p l yw a v e c r e s t ，o n et r a n s f o r m e rc a nb ee v a c u a t e dt or e d u c es p o i l a g e ，w h e nt h el o a di sh i g h e r ，t h e e v a c u a t e dt r a n s f o r m e rc a nb er e u s e dt ob r i n gu pc r e d i b i l i t yo fs y s t e m w h e nt h ea p p o s i n g r u n n i n go fp r i m a r yt r a n s f o r m e r sa r em a k e dt op r a c t i c e ，d u r i n gt h el o a di sl o w e r , t w op r i m a r y t r a n s f o r m e r sc a l lb em a k e dt or u n a p p o s i t e l yt or e d u c et r a n s f o r m e rs p o i l a g e ，t h e no n eo ft h e m c a nb ee v a c u a t e d t h et r a n s f o r m e r sr u n n i n gc a l lb es w i t c h e do nl i n eb u th a sn o ta n ye f f e c tt o p o w e rs u p p l yt ol o a d k e y w o r d ：l o a dc a l c u l a t i n g ：c a p a b i l i t yc h o i c e ：r e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o n ：r u n n i n gm o d e ； t e c h n i cr e n o v a t i o n i v 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 虎竹p 目 1 日期：习年r 。月f 。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校 有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位 论文被查阅( 除在保密期内的保密论文外) ；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位 论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 本学位论文属于： 口保密，在年解密后适用本授权书。 沏不保密。 学位论文全文电子版提交后： 口同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏 览。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：庑& p 暖 日期：加f f 。 指导教师签名：砑勾闻留 日期：。f ，t ，。 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题的提出 电耗是地铁运营成本的重要组成部分，而供电系统用电占地铁运营成本4 0 左右， 供电系统用电由环控系统用电和牵引系统用电以及其他用电组成，环控系统内部的节能 模式研究已由机电专业进行，牵引用户电客车的用电有其特殊要求，由车辆专业进 行。本课题着重研究供电系统的源头研究如何进行节能工作。从供电的各部份组成、参 数计算、运行模式、技术改造等措施进行研究，综合进行节能。 地铁用电量由于占有运营成本很大一部分比例，因此始终是运营降低成本的目标追 求。从历年供电来看，一号线全线开通后用电量在一亿千瓦时以上，并且每年有上长的 势头。供用电量的上长一方面是由于车流量客流量的上长引起，但另一方面是用电结构 运行方式及其它因素引起，面对如此巨大的用电成本，有没有可行措施可以节能，如何 进行节能，是我们技术人员致力研究的课题。 广州地铁一号线已投入运营七年，二号线也己投入运营三年，整个系统的运行趋于 稳定。经过调查发现，地铁供电系统主要存在两个问题：一是地铁供电系统供配电变压 器设备的装机容量偏大；二是车站变电所的无功补偿装置均未投入使用。以二号线为例， 车站动力变压器的高峰负荷率一般处于1 0 3 0 之间，远低于其设计负荷率，系统长 期处于非经济运行状态，给地铁的日后运营造成负担。 目前供配电变压器设备装机容量偏大的主要原因是各个系统用电负荷的估计高于 实际需要值，配电变压器负荷计算中设备组需要系数和同时系数的选取过于保守，没有 反映地铁负荷特性。负荷计算中需要系数和同时系数的选取与整个系统的设计习惯和系 统的运行模式密切相关。地铁车站用电负荷作为一种新的负荷类型，有着自己本身的特 殊性，但是目前仍然采用其他工业用电中的经验系数( 需要系数) ，过于保守；同时由 于现有负荷计算中需要系数和同时系数的选取具有较大的随意性。由于各个设计单位对 地铁用电负荷特性认识的差异，重要用电负荷需要系数的选取可变性较大，造成地铁用 电负荷估算的准确度不高，可变性较大，这是造成目前车站变压器负荷率较低的重要原 因之一。 为了提高供电系统输电能力降低网损，针对供配电系统的无功功率实旋了低压集中 补偿原则，即在每个车站和区间配电变电所，根据负荷无功情况设置电容无功补偿柜， 使得变电所的功率因数达到0 9 以上。在已经设计和施工的地铁线路，所有的低压变电 华南理工大学硕士学位论文 所均设置了两套无功补偿装置；然而，根据一号线和二号线的实际运营情况，车站和区 间配电变电所的电容无功补偿装置均未投入使用。整个供电系统无功补偿方案的确定是 影响整个地铁供配电变压器装机容量的另一个重要原因。合理的无功补偿方案不仅能够 降低系统的网损，而且还能提高供配电设备的输电能力。根据电力部门对用电无功负荷 的考核要求“用电高峰时功率因数不低于o 9 5 ，低谷时功率因数不高于0 9 5 ”，以及现有 的电能计费标准，需要从供电设备投资和供电系统的经济运行的角度，优化现有无功补 偿方案。根据目前地铁供电系统的设计方案，3 3 k v 电缆较多，电缆的容性无功相对较 多；而且电费在l l o k v 侧计费，因此需要从系统的角度优化地铁供电系统的无功补偿方 案，既能保证供电系统安全、可靠、经济运行，又能简化系统设置，降低系统投资。 1 2 本文的研究内容 结合广州地铁供电系统的现状，本文主要在以下几个方面进行了研究： 1 与设计院合作对全线的负荷进行理论计算，对合理选择配电变电变压器的容量 问题进行研究。 2 对无功补偿进行建模计算，为新线的无功补偿方式提出可行性方案。 3 完成一台整流变运行与两台整流变并列运行：一台主变压器运行与两台主变压 器运行；一台动力变压器运行与两台动力变压器运行的现砀测试方案，并得出试验结果。 4 供电局对主变电所的电能质量( 另外立项) 进行测试，为主所在各种运行方式的电 能质量提供依据，通过各各种运行方试谐波测试表明，各种经济运行方式的和极端运行 方式的电能质量是有保证的。在主所电容投入的前提下，电能质量处于良好状态。 5 进行节能经济理论的探讨。对主所变压器的有载调压开关试验，对全线动力变压 器整流变压器调整工作档位。电调每天操作有载调压开关进行电网电压调整，达到节电 的同时实现稳压。 6 完成车辆段b 所动力变低压侧进行低压总开关自投自复功能改造，快速反应实 现一台动力变压器备用，一台变压器投入运行工作模式，当运行中的动力变压器退出时， 备用变压器能可靠投入，达到可靠运行和节约用电的效果。 7 完成主所3 0 0 开关自投功能改造，虽然从理论上可以进行3 0 0 开关自投，由于 该项目牵涉到供电局电力系统的电磁环网问题，目前此项目完成在变电检修间的试验。 2 第二章地铁变电所负荷计算 第二章地铁变电所负荷计算 2 1 负荷计算的基本理论及方法 由于各车站的用电设备一般不会同时使用，即使同时使用也不会同时达到最大负 荷，因此在选择各级变电所配电变压器的装机容量时，应根据车站机电系统和全线机电 系统的机电设备的运行特性和系统运行模式合理地确定各级变电所的实际需要负荷。在 配电设计中，通常采用计算负荷作为发热条件选择配电变压器、导体及开关设备的依据， 并用来计算电压损失和功率损失。计算负荷又称需要负荷或者最大负荷，是一个假想的 持续性负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等，在配电设 计中，通常采用3 0 分钟的最大平均负荷作为计算负荷。 计算负荷是供电设计的基本依据。计算负荷确定得是否合理，直接影响到电器和导 线的选择是否经济合理。如果计算负荷确定得过大，将使得电器的容量和导线截面选得 过大，造成投资过大和有色金属的浪费；如计算负荷确定过小，又将使电器和导线运行 时增加电能损耗，并产生过热，引起绝缘过早老化，甚至烧毁，给国家造成损失。由此 可见，必须正确确定用电系统的计算负荷。虽然各类负荷的变化有一定规律可循，但是 由于用电负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，很难精确地确定计算负荷的大小， 因此，负荷计算只能力求切合实际，相对合理。 2 1 1 负荷计算的一般方法 目前确定用电系统计算负荷的方法主要有需要系数法、利用系数法、二项式法、单 位面积功率法和单位指标法。 需要系数法，即用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。这 种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。 利用系数法，即首先采用利用系数求出最大负荷班的平均负荷，再考虑设备台 数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷。这种方法的理论 根据是概率论和数理统计，因而计算结果比较接近实际，但是因利用系数的实测与统计 较难，在民用建筑电气设计中一般不采用。 二项式法，即在设备组容量之和的基础上，考虑若干容量最大设备的影响，采 用经验系数进行加权求和法计算负荷。 负荷计算方法一般按照下列原则选取： 在方案设计阶段可采用单位指标法、在初步设计及施工图设计阶段，宜采用需 3 华南理工大学硕士学位论文 要系数法；对于住宅、在设计的各个阶段均可采用单位指标法。 用电设备台数较多，各台设备容量相差不悬殊时，宣采用需要系数法，一般用 于干线、配电变电所的负荷计算。 用电设备台数较少，各台设备容量相差悬殊时，宜采用二项式法，一般用于支 干线和配电屏的负荷计算。 根据民用建筑电气手册f 3 】、地铁设计规范( g b 5 0 1 5 7 2 0 0 3 ) 以及地铁设计 技术要求，在地铁车站变电所负荷计算中采用需要系数法。地铁用电设备以三相负荷为 主，单相照明负荷一般均匀分配到三相中。因此本章主要讨论三相负荷的需要系数计算 方法。 当采用需要系数计算负荷时，应将配电干线范围内的用电设备按照类型统一划组。 配电干线的计算负荷为各用电设备组的计算负荷之和再乘以同时系数。变电所的计算负 荷为各配电干线计算负荷之和再乘以同时系数。计算变电所高压侧负荷，应加上变压器 的功率损耗。 1 。基本公式由于用电设备组的居多设备实际上不一定都同时运行，运行的那些 设备又不太可能都满负荷，考虑到设备和配线线路都有功率损耗，因此用电设备组的有 功计算负荷应为： e c = k ，k hp ， ( 2 1 ) q i i 式中，只为用电设备组的计算负荷，是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最 大负荷； 只为用电设备组的设备容量，与用电设备的工作制有关。对于长期连续工作的用电 设备，设备组的设备容量是指用电设备组所用设备( 不包括备用设备) 的额定容量p n 之 合，即e = 昂：对于其他工作制下的用电设备组的设备容量与额定容量之间存在一 个换算关系。 k ，为设备同时运行系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与总容量之比； k 。为设备组的负荷系数，即设备组在最大负荷时的输出功率与总容量之比； r h 为设备组的平均效率，即设备组在最大负荷时的输出功率与取用功率之比； r t 为配电线路的平均效率，即配电线路在最大负荷时末端功率( 设备组的取用功率) 与前端功率( 计算功率) 之比。 4 第二章地铁变电所负荷计算 令k = 墨k n r l , r l , ，则得按需要系数法确定的三相用电设备组的有功计算负荷只 ( 单位k w ) 的公式为， = 如只 ( 2 2 ) 式中，k 。为需要系数，即用电设备组在最大负荷时所需的有功功率与其设备容量 的比值，一般小于l 。 实际上，需要系数不仅与用电设备的工作性质、设备台数、设备效率和线路损耗等 因数有关，而且与操作人员的技术熟练程度和生产组织等多种因素有关，因此，应尽可 能通过实测分析，使之尽可能接近实际。 设用电设备的额定电压为( ，。( 单位k v ) ，用电设备组的平均功率因数及对应的正 切值为e o s c p 和t g ( o 。则无功计算负荷( 单位一般用k v a r ) 为； q = 留伊 ( 2 3 ) 视在计算负荷( 单位用k v a ) 为： & 2 警竺( 2 - - 4 ) s 。= 瑶+ 曦 计算电流( 单位用a ) 为： l 2 蔓“也)( 2 5 ) l = 只( 4 3 u n e o s q j ) 2 设备容量只的计算设备容量只与用电设备组的工作制有关。用电设备按工作 制，可分为长期连续工作制、短时工作制和反复短对工作制三类，不同工作制下设备的 计算负荷相差较大。 ( 1 ) 进行负荷计算时，对于不同工作制的用电设备的额定功率应换算为统一的设 备容量。 ( 2 ) 对一般长期连续工作制的用电设备组，设备容量就是铭牌额定容量。 ( 3 ) 对反复短时工作制的用电设备组i 设备容量就是将设备在某一暂载率下的铭 牌额定容量统一换算到一个标准暂载率下的功率。 所谓暂载率，为一个工作周期内工作时间与工作周期的百分比值，用s 表示即 弘bm蝴2南刈oo(2-6)t i tt n +j 5 华南理工大学硕士学位论文 式中，r 为工作周期； t ，为工作周期内的工作时间； 矗为工作周期内的停歇时间。 同一设备，在不同的暂载率下，其出力是不同的。在计算负荷时，必须考虑到设备 容量所对应的暂载率，而且要按规定的暂载率进行设备容量的统一换算。例如，对于吊 车电动机组，要统一换算到占= 2 5 时的设备容量，因此，设备容量为： c 一 一一 耻1 | 嚣耻2 瓜晶 ( 2 _ 7 ) 式中，p 为吊车电动机的铭牌额定容量： “为与p 相对应的暂载率( 计算中用小数) ； 占：；为其值为2 5 的暂载率( 计算时用0 2 5 ) 。 ( 4 ) 照明用电设各的设备功率为： 白炽灯、高压卤钨灯是指灯泡标出的额定功率。 低压卤钨除灯泡功率外，还应考虑变压器的功率损耗。 气体放电灯、金属卤化物灯除灯泡的功率外，还应考虑整流器的功率损耗。 ( 5 ) 整流器的设备功率是指额定交流输入功率。 ( 6 ) 当消防用电的计算有功功率大于火灾时可能同时切除的一般电力、照明负荷 的计算有功功率时，应按照未切除的一般电力、照明负荷加上消防负荷，来计算低压总 的设备功率、计算负荷。否则计算低压总负荷时，不应考虑消防负荷。 3 多组用电设备计算负荷的确定确定拥有多组用电设备的干线上或变电所低压 母线上的计算负荷时，应适当考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。因此， 在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时，可结合具体情况计入一个同时系数 k 甲。同时系数足甲的选取设备组之间的运行关系密切相关，需要在分析设备组运行 模式的基础上确定。一般而言，对于低压母线，用电设备组计算负荷直接相加来计算时， 可取k = o 8 0 9 。 2 2 地铁用电负荷构成 地铁用电负荷可以分为两个部分，一是运营车辆及其辅助设备所消耗的牵引负荷； 二是车站与区间的动力照明负荷。牵引负荷与车辆用电特性、客流、线路、列车编组、 运行图、信号方式等因素密切相关。动力照明负荷主要由通信、信号、通风与空调、给 6 第二章地铁变电所负荷计算 排水、扶梯等负荷构成，旨在保证地铁安全运行和乘客候车提供舒适的环境。它与车站 的规模和结构以及环控系统的设计模式密切相关。 牵引系统的运行模式相对单一，经过直流牵引供电系统仿真，牵引负荷可以相对准 确的估计。动力与照明负荷计算的相对复杂，与地铁机电系统的运行模式密切相关。 2 2 1 负荷的基本分类 根据地铁设计规范( g b 5 0 5 1 7 2 0 0 3 ) 【2 】和广州地铁设计技术要求，地铁机电设 备用电负荷按其不同的用途和重要性分为三级，详见表2 一l 。 地铁车站动力照明负荷以一、二级负荷为主，平均占总负荷的7 6 。 表2 1 地铁机电设备负荷分类与分级 负荷分级 负荷类型 主控系统、通信系统、信号系统、防灾报警系统，环境与设备监控系 统、自动售检票、门禁，屏蔽门，防淹门、民用通信，自动扶梯( 火 一级负荷灾时仍需运行才能满足疏散要求的自动扶梯) 、自动灭火、消防泵、废 水泵、雨水泵、所用电、站台站厅公共区照明、应急及疏散标志照明、 二，三、四类导向灯箱，事故风机及其风阀、排烟风机及其风阀等 设备区和管理区照明、出入口通道照明、非事故风机及风阀、污水泵， 二级负荷 自动扶梯( 火灾时无需运行的自动扶梯) 、楼梯升降机、维修电源等。 公共区及管理用房空调系统( 包括冷冻水泵、冷却水泵，补水泵、空 三级负荷 气幕、分体空调器) 、广告照明、清扫机械、生活用电源等。 电动机类设备主要由通风与空调系统、给水与排水系统、扶梯，电梯、楼梯升降机、 屏蔽门和防淹门系统组成。 地铁机电设备的系统划分，详见表2 2 。照明类和电子与计算机类负荷的运行方式 比较单一，且与其他行业该类设备的运行模式相近，有着比较丰富的实践经验。电动机 类负荷的需要功率与设备组及系统的运行模式有着直接的关系，具有地铁系统本身的特 殊性，需要在分析地铁机电系统的运行模式的基础上，结合实际运行经验，重新建模计 算以确定该类负荷需要功率。 7 华南理工大学硕士学位论文 表2 2 地铁机电设备的系统划分 站厅站台照明、广告照明、应急照明、 照明类负荷 设备区和管理区照明、出入口通道照明 地 冷冻水泵、冷却水泵、补水泵、 空气幕、分体空调器、非事故 铁通风与空调系统 风机及风阀、事故风机及其风 机 电动机类负荷阀、排烟风机及其风阀等 电 设给水与排水系统 消防泵、废水泵、雨水泵、 备 污水泵 扶梯、电梯、楼梯升降机、防淹门 电子与计算类 主控系统、通信系统，信号系统、防灾报警系统、环境与设备监控系 负荷统、自动售检票、门禁、民用通信、自动灭火、所用电 2 2 2 车站负荷构成 地铁车站负荷根据其变化性可以分为两大类。一类属于系统性负荷，根据车站的功 能必须设置的，与车站的规模和结构基本无关，全线基本一致。这一类负荷主要由电子 与计算机类负荷构成。另一类负荷根据车站的规模和功能定位，以及通风与空调系统的 设置( 集中供冷、分散供冷) ，变化比较大。这一类负荷主要由照明类和电动机类负荷 构成。 ( 1 ) 系统负荷： 车站的系统负荷，其中车控室负荷包括火灾自动报警( f a s ) 、门禁、综合信息系统、 a f c 系统的主机设备。 ( 2 ) 动力与照明负荷： 各个车站照明类和电动机类负荷的设备容量，依据各个车站规模，通风与空调系统 设计模式的不同，这类负荷的设备容量变化较大。 2 3 地铁变电所负荷计算 地铁供电网络由1 1 0 k v 主变电所和3 3 k v 车站变电所构成，3 3 k v 变电所直接向列 车以及车站和区间的动力与照明负荷供电。为了合理地确定变电所配电变压器的安装容 量，必须准确的计算各个变电所供电范围内的计算负荷( 需要功率) 。由于车站和区间 的用电设备一般不会同时达到额定负荷率( 最大负荷率) ，因此根据负荷计算的基本理 论，变电所的计算负荷不仅与设备的安装容量有关，而且与设备及设备组的需要系数有 关。 8 第二章地铁变电所负荷计算 地铁用电设备由多个系统和多个专业组成，依据前面的分析可知，通风与空调系统、 扶梯与电梯系统、照明负荷为地铁动力与照明负荷的主要负荷类型。并且这些负荷的运 行模式，与一般工业与民用用电设备不同，具有地铁系统本身的特殊性。设备及设备组 需要系数的确定与系统的运行模式密切相关。 2 3 13 3 k v 变电所负荷计算 通过对车站主要机电系统的设备构成和运行方式的分析，确定了车站3 3 k v 变电所 变压器计算负荷系数表( 见表2 3 ) ，表2 - - 3 中通风与空调系统设备组需要系数的选取 范围较大，主要与车站规模、供冷方式，系统结构及运行模式和设备配置有关。对于分 散供冷的中大规模地下车站，区间隧道通风系统的装机容量相对较大，且消防排烟设备 独立设置时，通风与空调设备组的需要系数可以取为o 6 5 。对于中小规模的通风与空调 系统集中供冷的地下车站，消防排烟设备部分独立设置时，其设备组的需要系数可以取 为o 7 5 o 8 。负荷计算表中的二、三级小动力主要包括地铁车站资源开发用电的备用电 源( 仅占小部分) 、车站保洁用电和临时用电。这类负荷一般在车站负荷的低谷时段或 者正常运营停止之后使用，根据广州地铁一号线、二号线的运营经验，二、三级小动力 的需要系数取为o 4 。商铺、银行用电负荷的需要系数参照民用建筑电气设计手册 取为0 8 。 表2 - - 3 车站变电所动力与照明负荷计算表 用电设备组名称需要系数功率因数 车控室o 7 5o 9 a f co 7 5 0 9 照明 l0 9 设备区照明 o 7 o 9 应急照明 lo 9 所用电 0 7 5 o 8 通风与空调 0 6 5 0 80 8 给永与排水0 6 o 7o ，8 0 扶梯 0 6 00 7 电梯 0 1 8 o 2 20 5 防淹门 0 1 8 o 2 2o 。5 维修电源1 8 1 0 20 5 9 华南理工大学硕士学位论文 表2 3 车站变电所动力与照明负荷计算表( 续) 通信系统 0 7 50 9 信号系统o 7 50 9 民用通讯o 7 50 9 屏蔽门 0 6 5 0 9 气体灭火o 7 50 8 e m c s0 7 5 0 9 m c s0 7 50 9 二级小动力o 40 8 三级小动力 0 4 o 8 商铺0 80 8 银行 o 8 0 8 低压母线 同时系数1 1 k 口= 0 8 0 9 ，k = 0 9 3 0 9 7 2 3 21 1 0 k v 变电所负荷计算 一、基本假设 1 全线所有的车站通风与空调系统同时进入全新风空调运行模式。 2 全线区间同时只有一处发生位置不明火灾，或者一处阻塞，此时最多只有6 台 区间隧道风机( 9 0 k w ) 处于额定负荷运行状态。 3 就全线各个车站平均而言，l ，3 的扶梯处于下行运行状态，2 3 的扶梯处于上行 运行状态。 4 全线各车站的进出高峰客流出现持续时间一般不会超过半小时，就全线扶梯而 言，扶梯的同时系数可以取为o 6 5 。 5 由于各个车站电子与计算机类系统的运行基本不相关，就全线而言这类系统的 同时系数取为0 1 3 o 5 。 6 当发生特大暴雨或者漏水事件时，全线给排