地铁主变电所主变压器容量计算及优化建议

赵麦丽

【摘 要】地铁主变电所主变压器容量选择应科学、经济、合理。在满足线路用电需求的前提下，尽量降低主变压器的安装容量，不仅可以降低电能损耗，也可以降低运营成本。论文计算了成都地铁1号线主变电所正常运行时主变压器的理论负荷值，并结合运营实测的负荷数据，分析了理论计算数据与实际负荷的差距，并给出了相应的建议。

【Abstract】The selection of the main transformer capacity of the main substation of metro should be scientific， economical and reasonable. Under the premise of satisfying the electricity demand of line， the installation capacity of main transformer should be reduced as far as possible， which can not only reduce the loss of electric energy， but also reduce the operating cost. In this paper， the theoretical load value of the main transformer during normal operation of Chengdu metro line 1 substation is calculated， and the gap between the theoretical calculation data and the actual load is analyzed according to the load data measured in operation， and the corresponding suggestions are given.

【关键词】地铁主变电所；主变压器；容量计算；容量优化

【Keywords】subway main substation； main transformer； capacity calculation； capacity optimization

【中图分类号】U231+.8 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）04-0176-03

1 概述

城市轨道交通工程多采用集中式供电方式，即建设地铁专用主变电所，为地铁沿线的变电所供电。据调研，城市轨道交通用电基本采用两部制电价计费，即电价分为基本电价和电度电价两部分，其中基本电价按主变电所主变压器总安装容量计费，电度电价按实际用电量计费。因此，在满足本线用电需求的前提下，尽量降低主变压器初期安装容量，不仅可以降低电能损耗，也可以降低运营成本，是轨道交通工程重要的节能措施之一。

2 主变电所主变压器容量计算

2.1 容量计算原则

城市轨道交通工程用电负荷由牵引负荷及动力照明负荷两部分组成。主变电所主变压器容量应根据供电系统在各种运行方式下的负荷情况综合考虑后确定。

2.2 成都地铁1号线主变电所主变压器容量计算

本文以成都地铁1号线（以下简称1号线）为例说明地铁主变电所的主变压器容量计算过程。

2.2.1 号线概况

成都地铁1号线于2010年开通运营，目前已运营线路长度約为25km，共设地下车站22座，设车辆基地一座、停车场一座。供电系统采用集中式、110/35kV两级电压供电方式，牵引和动力照明共用AC35kV供电环网，在皂角树车辆段内、火车南站附近分别设置1座110/35kV主变电所，负责地铁1号线工程用电负荷的供电。[1]

2.2.2 牵引负荷计算

设计条件：

①线路资料

②车辆资料

车辆选型：B型车。

列车编组：初、近、远期均为6辆编组，4动2拖。

列车正线最高运行速度：80km/h。

车辆总重。

③行车组织资料

目前成都地铁1号线高峰小时开行列车对数最高可达27对/h。

④供电系统主要设备参数

牵引整流机组型式：两套12脉波整流机组并联运行构成等效24脉波整流。

整流变压器一、二次电压：35/1.18kV。

正线钢轨型号：60kg/m。

根据牵引变电所布点原则，通过牵引供电计算，确定本工程的牵引变电所设置方案，分别位于升仙湖站、人民北路站、天府广场站、省体育馆站、火车南站、金融城站、世纪城站、华府大道站及华阳站。可知正常运行时每个牵引变电所的牵引功率及牵引负荷。

2.2.3 动力照明负荷计算

动力及照明配电系统采用工频交流220/380V配电，接地采用TN-S系统。

地铁1号线目前共建成运营22座地下车站、设控制中心1座、车辆基地1座、停车场1座。其中每座车站、控制中心、车辆基地及停车场分别各设置一座降压变电所。规模较大的车站根据负荷需要增设跟随式降压变电所。

地铁1号线22座地下车站降压变电所配电变压器的容量选择主要有800、1000、1250三种规格，共设6座跟随式降压变电所。

2.2.4 主变电所容量计算

根据主变电所主接线和运行方式、牵引供电计算结果、各车站的动力照明负荷情况，经供电计算，得出1号线两座主变电所正常运行时，主变压器的负荷计算结果，具体见表1。

3 主变电所容量实测数据

当1号线皂角树及火车南站主变电所均正常运行时，以下是成都地铁运营公司于2017年8月31日～9月2日对两座主变电所实际负荷的统计数据。（表2，表3）

4 理论与实测数据分析

从上述实测数据可知，地铁1号线主变电所负荷最大值基本出现在早高峰8：00～10：00以及晚高峰17：00～19：00之间。将理论计算值与以上几天内实测最大值进行对比，具体如下表。（表4）

从表4可知，主变压器负荷的理论计算值与实测值之间具有一定的差异。其中皂角树主变电所实测负荷值与理论值的差距较大。

皂角树主变电所供电范围含4座牵引变电所、8座车站降压所、一座车辆基地降压所及跟随所的负荷；而火车南站主变电所供电范围含7座牵引变电所、14座车站降压所、一座控制中心及一座停车场的降压所及跟随所的负荷。[2]

经分析，可能存在差异产生的原因有：

①在一系列设计条件确定的情况下，列车重量及高峰小时开行对数等因素会直接影响到各牵引变电所牵引负荷的大小。目前天府广场站以北因客流量较小，列车也远未达到满载，列车开行对数较少，与设计计算值相比，牵引负荷值较小。目前大客流集中在天府广场站以南，除了自身客流外，还有大量换乘客流。而随着地铁3、4号线的开通以及即将开通的7号线，换乘线路带来大量客流涌入地铁1号线。故此范围内的牵引负荷与理论计算值的误差不是很大。

②车辆参数误差

因不同厂家生产的B型车辆的牵引系统不同，导致车辆取流及制动特性有差异，从而导致实际的牵引负荷与设计时理论的牵引负荷值有差异。

③行车计划

理论行车计划与线路实际运营时安排的行车计划有差异。且制定行车计划时应充分考虑车辆进站与出站、与牵引变电所设置的影响。

④动力照明设备利用情况

实际动力照明设备的利用情况与设计理論估计的利用情况之间存在差异。

5 主变压器容量优化建议

①在进行牵引供电计算时，应根据车辆满载情况下的列车运行交路进行计算，以应对随时可能发生的突发大客流现象。

②设计时应充分考虑各种车辆参数及牵引运行方式引起的牵引负荷差距。

③设计时应合理制定行车计划，选择科学合理的牵引运行方式。

④合理确定车站（车场、控制中心）降压变电所的计算负荷

据调研，目前国内城市轨道交通降压变电所内的配电变压器均存在安装容量过大、利用率偏低的情况，因此，应进一步对开通线路各用电设备的负荷需求和容量预留进行调查和分析，后续线路设计时应参考已开通线路的调查结果，合理选取动力照明各种设备的需用系数及所间同时系数，从而更准确的确定用电设备的负荷需求，合理确定配电变压器容量，提高利用率，降低电能损耗。

【参考文献】

【1】贺威俊，高仕斌，等.轨道交通牵引供变电技术[M].成都：西南交通大学出版社，2011.

【2】李建明.城市轨道交通供电[M].成都：西南交通大学出版社，2007.