6.28米土压平衡盾构机用电负荷的计算及功率补偿

栾国宇+++王帅+++张可威+++畅海潮

摘 要：对6.28米土压平衡盾构机进行较为精确的用电负荷的计算，提出了相应的功率补偿的方式方法。

关键词：盾构机；负荷计算；功率补偿；变压器

1 概述

对于目前的地铁和城市管廊项目的施工，6.28米土压平衡盾构机为主流的盾构施工设备。对于电气设计部分，用电负荷计算和功率补偿计算，是较为基础也是较为核心的设计部分，科学精准的计算是后续电气设备供电方式、设备选型的基础和准则。

2 用电负荷计算

盾构机用电负荷计算，首先要将所有用电设备的标称功率、功率因数、效率进行统计，再根据相关计算公式进行计算。

土压平衡盾构机主要分为两个工作模式，即：推进模式和拼装模式。推进模式即设备掘进期；拼装模式即设备停止掘进，进行管片拼装。两种模式下用电负荷是不相同的，而且两种工作模式是不可同时的，所以我们将分别计算两种模式下的用電负荷，其中用电负荷较大的即是压平衡盾构机的最大工作负荷。相关的计算公式：

公式中各个参数意义如下：Pn：标称功率（kW）；P：有功功率（kW）；Q：无功功率（kVAR）；S：视在功率（kVA）；cos？渍：功率因数；？浊：电机效率。

下表列出了所有用电设备的各个参数，具体参数如表1。

表1中Ku为最大利用系数。在正常条件下，负载的功率消耗有时候小于其标称功率，这是一个很常见的现象，故而在负荷计算中会使用最大利用系数Ku。表中Ks为同时系数。根据一般经验，在实际操作中，设备的所有载不会同时使用，而使用同时系数Ks正是考虑到这一情况。上表中有功功率的计算公式如下。

根据公式计算出每个负载的有功功率，将每个负载视在功率的算术和看作整个设备的视在功率。在这里应该指出的是，严格来讲，视在功率的总值并不等于单个负载的视在功率的算术和，但采取简单的相加运算其结果会得出一个可以接受的设计裕量范围内的大于实际值的视在功率。推进模式下整个盾构机设备的视在功率最大，因此我们将推进模式下的各个参数视为整个盾构机的用电参数。

=0.86。

3 无功补偿

所有交流电网都消耗两种类型的功率：有功功率和无功功率。无功功率仅驱动设备的磁场，实现电场与磁场的转换。无功功率的循环，具有较高的技术和经济效益。对于相同的有功功率，较高的无功功率意味着更高的视在功率和更高的电流。所以，优化的无功功率补偿会带来经济效益和技术优势。使用电容器能够明显减小输入的视在功率，我公司的盾构机设备采用的的是固定电容集中补偿的补偿方式。以下为相关计算。

4 变压器选型

变压器需要根据设备的用电负荷确定最佳容量。选择容量过大会造成不必要的空载消耗。选择容量过小会造成满负荷工作时效率降低，不能获得最佳负荷的效果，长期的过负荷会造成严重的后果。变压器的最高效率出现在满负荷的50%～70%。根据计算和实际情况，选用了额定容量为1600kVA的变压器。

5 结束语

文章针对6.28米土压平衡盾构机提出了较为精确和科学的用电负荷计算，为今后的电气设计工作提供了一个可靠的参考。但值得提出的是，不同的盾构机用电设备可能会因不同的施工情况有所不同，因此用电负荷会存在差别，具体情况要具体分析，但大体上是一致的，上述计算方法同样适用。

参考文献

[1]施耐德电气.电气装置应用（设计）指南[M].第二版.中国电力出版社，2008.