【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 失問題，電纜截面及數(shù)量隨之顯著降低，供電方案較為合理。 兩所間采用高壓聯(lián)系，在供電質(zhì)量、可靠性和安全性上有了根本提高，尤其突出體現(xiàn)在單機(jī)大容量設(shè)備的供電上。 一主所一跟隨所型式單臺(tái)變壓器容量一般為 500、 6 800kVA幾種規(guī)格，較一所型式規(guī)格為 1250、 1600kVA 的配電變壓器，總安裝容量變化不大，但單臺(tái)安裝容量降低了二至三個(gè)級(jí)別，其運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性會(huì)大為提高。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 5 ②降壓變電所為一主所一跟隨所型式供電方案的缺點(diǎn) 設(shè)置跟隨所須增加高壓柜、變壓器及低壓柜等設(shè)備，使整個(gè)降壓變電所的投資有較大增 加。 因跟隨所的設(shè)置，其房屋面積增加許多，加大了土建工程投資。 (3) 一所一室型式 在車站一端設(shè)一座降壓變電所，另一端設(shè)一座低壓配電室。與一主所一跟隨所型式不同的是，低壓配電室替代了跟隨所。以車站中心分界，降壓變電所與低壓配電室各負(fù)責(zé)本端的負(fù)荷供電（除單臺(tái)容量較大的設(shè)備外）。低壓配電室的電源引自降壓變電所低壓側(cè)，因此兩者的一、二級(jí)負(fù)荷母線為并列關(guān)系。 ① 降壓變電所為一所一室型式的優(yōu)點(diǎn) 遠(yuǎn)離降壓變電所端的大部分設(shè)備從低壓配電室送出，供電負(fù)荷較一所型式有明顯地降低，從而減少了貫穿車站低壓電纜的數(shù)量。 低壓配 電室配電負(fù)荷的供電距離相對(duì)減小，可在一定程度上減少故障的機(jī)率，提高供電的質(zhì)量及可靠性。 低壓配電室房屋面積較跟隨所型式相對(duì)減少，同時(shí)亦減少兩面高壓送出柜，一定程度上降低了設(shè)備投資和土建造價(jià)。 ② 降壓變電所為一所一室型式的缺點(diǎn) 由于低壓配電室電源引入為 ，不可避免地造成電壓損失，從根本上未解決末端設(shè)備的電壓損失問題。 由于單機(jī)大容量設(shè)備還須從降壓變電所直接供電，所以仍存在一所型式的供電可靠性差的缺陷。 低壓配電室引入為低壓電源，為保障供電方案，進(jìn)線必須采用大截面電纜或密集型母線，增加了工程造價(jià)。 (4) 綜合分析比較 綜上所述，降壓變電所的設(shè)計(jì)一般采用一所型式、一主所一跟隨所型式或一所一室型式，其性能對(duì)比如表 11所示。 表 11 三種降壓變電所性能對(duì)比 型式 供電質(zhì)量 供電靈活性 低壓電纜數(shù)量 投資 一所 低 低 多 低 一主所一跟隨所 高 高 少 高 一所一室 較高 較高 較少 較高 從技術(shù)角度而言，設(shè)置跟隨所為最佳方案，它可以保障供電質(zhì)量、提高供電可靠 性、減少有色金屬消耗和運(yùn)營(yíng)能耗。故選用一主所一跟隨所方式。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 6 設(shè)計(jì)任務(wù) 本次設(shè)計(jì)主要對(duì)牽引降壓混合變電所的一次部分進(jìn) 行研究和設(shè)計(jì)。通過對(duì)負(fù)荷資料的分析計(jì)算得到計(jì)算負(fù)荷；然后確定變壓器的容量和臺(tái)數(shù)，根據(jù)所算出的參數(shù)選擇合適的變壓器型號(hào)；然后進(jìn)行電氣主接線的設(shè)計(jì)；根據(jù)電氣主接線進(jìn)行短路計(jì)算得出各短路點(diǎn)的短路電流；根據(jù)短路電流等來選擇一次設(shè)備；最后進(jìn)行防雷、接地、消防等基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 7 2 變電所的設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)方案概述 地鐵供電系統(tǒng)由外部電源、主變電所、牽引供電系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)（ SCADA）組成。外部電源來自城市電網(wǎng)，大多采用集中式、分散式、混合式等形式，外部電源的電壓 等級(jí)通常為 110kV或 10kV。 牽引供電系統(tǒng)由牽引變電所和接觸網(wǎng)系統(tǒng)組成，牽引變電所一般每?jī)勺囌驹O(shè)置一座，向貫通地鐵全線的接觸網(wǎng)供電。變配電系統(tǒng)包括降壓變電所與低壓動(dòng)力、照明配電系統(tǒng)和跟隨變電所。降壓變電所在規(guī)模較大的車站設(shè)置兩座，規(guī)模較小的車站設(shè)置一座，向本站及其相臨區(qū)間的動(dòng)力照明負(fù)荷供電。 地鐵中壓配電網(wǎng)絡(luò)是通過中壓電纜，縱向上把主變電所和牽引變電所、降壓變電所連接起來，橫向上把全線的各個(gè)牽引變電所、降壓變電所連接起來而形成的配電網(wǎng)絡(luò)。 中壓配電網(wǎng)既為牽引變電所供電（即牽引配電網(wǎng)絡(luò)），也為降壓變電所 供電（即降壓配電網(wǎng)絡(luò)）。降壓配電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)是地鐵配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中比較重要的一環(huán)。 設(shè)計(jì)方案選擇 地鐵的供電方式根據(jù)外部電源的不同可分為集中式、分散式、混合式等形式，由于本次設(shè)計(jì)以蘇州軌道交通 2號(hào)線延伸線作為參考，所以本次設(shè)計(jì)只考慮集中式供電方式。 根據(jù)用電容量和線路長(zhǎng)短，在地鐵沿線設(shè)置專用的主變電所，這種由主變電所構(gòu)成的供電方案，稱為集中式供電。主變電所應(yīng)有兩路獨(dú)立的電源進(jìn)線，進(jìn)線電壓一般為110kV，經(jīng)降壓后變成 35 可 V或 10kV，供給牽引變電所與降壓變電所。集中式供電有利于地鐵供電網(wǎng)形成獨(dú)立系統(tǒng)， 便于管理和運(yùn)營(yíng)。集中式供電方案下的中壓配電網(wǎng)絡(luò)可分為牽引 — 降壓獨(dú)立配電網(wǎng)絡(luò)和牽引 — 降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)兩種形式。 牽引 — 降壓獨(dú)立配電網(wǎng)絡(luò) 牽引 — 降壓獨(dú)立配電網(wǎng)絡(luò)即牽引配電網(wǎng)絡(luò)和降壓配電網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立的中壓網(wǎng)絡(luò)形式。對(duì)于牽引 — 降壓獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)，牽引配電網(wǎng)絡(luò)和降壓配電網(wǎng)絡(luò)的電壓等級(jí)不同，牽引配電網(wǎng)絡(luò)電壓為 35kV，降壓配電網(wǎng)絡(luò)電壓為 10kV。 全線的降壓變電所被分成若干個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)一般不超過 3個(gè)車站；每一個(gè)分區(qū)均從主變電所的 35/10kV 變壓器，就近引入兩路 10kV電源；每座降壓變電所的兩路電源分別由主變 電所或相鄰降壓變電所 10kV不同母線引入，接至兩段母線，同時(shí)在降壓河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 8 變電所的每段母線設(shè)一路出線，向相鄰降壓變電所供電；在各分區(qū)設(shè)有網(wǎng)絡(luò)開關(guān)，正常運(yùn)行時(shí)該開關(guān)分?jǐn)?，形?10kV開口雙環(huán)網(wǎng)供電形式。 A 牽 引 降 壓 混 合 變 電 所 C 牽 引 降 壓 混 合 變 電 所B 降 壓 變 電 所電 源 引 自 主 變 電 所1 1 0 / 3 5 （ 1 0 ） k V 變 壓 器 圖 21 牽引 — 降壓獨(dú)立配電網(wǎng)絡(luò) 牽引 — 降壓混合配電網(wǎng)絡(luò) 牽引 — 降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)是指牽引配電網(wǎng)絡(luò)和降壓配電網(wǎng)絡(luò)共用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中壓網(wǎng)絡(luò)形式。當(dāng)中壓網(wǎng)絡(luò)采用牽引 — 降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在有牽引變電所的車站，可以把牽引變電所和降壓變電所建成牽引 — 降壓混合 變電所。牽引 — 降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)電壓可以為 35kV或 10kV，因 35kV輸電容量大、距離長(zhǎng)，故一般采用 35kV級(jí)。 全線的牽引 — 降壓混合變電所及降壓變電所被分成若干個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)一般不超過 3個(gè)車站；每一個(gè)分區(qū)均從主變電所 35(10)kV 的不同母線就近引入兩路 35(10)kV電源，中壓配電網(wǎng)絡(luò)采用雙環(huán)網(wǎng)接線方式；兩個(gè)主變電所之間的分區(qū)間通過環(huán)網(wǎng)電纜聯(lián)絡(luò)。 A 降 壓 變 電 所B 降 壓 變 電 所C 降 壓 變 電 所電 源 引 自 主 變 電 所1 1 0 / 3 5 ( 1 0 k V ) 變 壓 器 圖 22 牽引 — 降壓混合配電網(wǎng)絡(luò) 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 9 本章小結(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)的選擇應(yīng)結(jié)合軌道交通網(wǎng)和城市電 網(wǎng)的具體情況進(jìn)行綜合考慮，由于本次設(shè)計(jì)是以蘇州軌道交通 2 號(hào)線為參考，故采用牽引降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)作為本次的設(shè)計(jì)方案。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 10 3 負(fù)荷計(jì)算 地鐵變電所的實(shí)際負(fù)荷并不等于所有用電設(shè)備的額定功率總和。因?yàn)橛秒娫O(shè)備不可能全部同時(shí)工作，各臺(tái)設(shè)備也不可能全部滿負(fù)荷，每種用電設(shè)備的功率因數(shù)也不可能完全相同。因此，地鐵變電所電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，必須找出這些用電設(shè)備的等效負(fù)荷。所謂 “等效” 就是這些用電設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)和等效負(fù)荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)相等，產(chǎn)生的最大溫升和等效負(fù)荷產(chǎn)生的最大溫升 相等。按照等效負(fù)荷，從滿足用電設(shè)備發(fā)熱條件來選擇各種用電設(shè)備，而計(jì)算的負(fù)荷功率或負(fù)荷電流稱為“計(jì)算負(fù)荷”。 計(jì)算負(fù)荷必須確當(dāng)，如果過小會(huì)引起變壓器和線路過熱，加速其絕緣損壞，過多損耗能量，增加電壓損失從而破壞正常的運(yùn)行條件，甚至引起線路失火，造成重大事故。如果計(jì)算負(fù)荷過大，則會(huì)造成變壓器容量過剩，線路截面過大，開關(guān)整定電流過高，增加了工程投資，造成不必要的浪費(fèi)。因此，要正確合理地對(duì)地鐵的配電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，負(fù)荷計(jì)算是至關(guān)重要的一環(huán)。 地鐵負(fù)荷分類 地鐵動(dòng)力、照明負(fù)荷按其重要性，分為一、二級(jí)及三級(jí)負(fù)荷。 一級(jí)負(fù)荷由降壓變電所 I、 II段母線各提供一路專用電源供電并在末端自切，以實(shí)現(xiàn)不間斷供電，如 BAS、 FAS、 AFC、通信、信號(hào)、屏蔽門、消防泵、噴淋泵、廢水泵、直流盤、變電所所用電、消防聯(lián)動(dòng)的車站送、排風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥等、消防電源、兼作緊急疏散的自動(dòng)扶梯等。 二級(jí)負(fù)荷由降壓變電所 I段或 II段母線提供一路專用電源，在變電所處切換，必要時(shí)可以切除，如污水泵、雨水泵、普通風(fēng)機(jī)、自動(dòng)扶梯、直升電梯、正常照明、區(qū)間維修電源等。 三級(jí)負(fù)荷由降壓變電所三級(jí)負(fù)荷母線提供一路電源，當(dāng)變電所只有一路電源時(shí)必須切除，如廣告照明、冷水機(jī) 組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔、清潔設(shè)備、電熱設(shè)備等。 地鐵負(fù)荷計(jì)算方法 在地鐵變電所負(fù)荷計(jì)算常用的方法有三種，即單位指標(biāo)法、需要系數(shù)法、二項(xiàng)式系數(shù)法。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 11 單位指標(biāo)法 (1) 單位指標(biāo)法的計(jì)算公式 單位指標(biāo)法是以單位建筑面積負(fù)荷密度乘以建筑面積，其公式如下： 1000SSjs ?? KP （ 31） 式中， jsP — 有功計(jì)算負(fù)荷， kW； SK — 建筑單位面積負(fù)荷密度， 2mW ； S— 建筑面積， m2。 在方案設(shè)計(jì)階段多采用單位指標(biāo)法。 (2) 各類建筑物的單位指標(biāo) 普通民用建筑如賓館、商場(chǎng)、學(xué)校、住宅、辦公樓等的單位指標(biāo)可從現(xiàn)有的電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)中查到，如表 31所示。 表 31 各類建筑物單位指標(biāo) 建筑 類別 單 位（ W/m2） 建筑 類別 單 位指 標(biāo) （ W/m2） 辦 公 40～ 80 中小學(xué) 12～ 20 公寓 30～ 50 醫(yī)院 40～ 70 旅 館 40～ 70 高校 20～ 40 商 業(yè) 一般： 40～ 80 展覽館 50～ 80 大中型 ： 70～ 130 體育 40～ 70 演播室 250～ 500 劇場(chǎng) 50～ 80 汽車庫(kù) 5～ 18 需要系數(shù)法 (1) 需要系數(shù)法的計(jì)算公式 需要系數(shù)法是用設(shè)備容量乘以需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)，直接求出計(jì)算負(fù)荷 [4]。其公式如下： ecjs PKP ?? （ 32） 式中 ， jsP — 有功 計(jì) 算 負(fù) 荷， kW； eP — 設(shè)備總?cè)萘浚?kW； cK — 需要系數(shù)。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 12 需求系數(shù)和用電設(shè)備的工作性質(zhì)、設(shè)備臺(tái)數(shù)、設(shè)備功率及功能的充分利用有關(guān)。前三者是相對(duì)固定的因數(shù)，最后一個(gè)是不確定的因素。因此，在取值中包含一定份量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)成分，各國(guó)的值不相同，即使在同一個(gè)國(guó)家的不同時(shí)期和地區(qū)，值也會(huì)有所變化。 在施工設(shè)計(jì)階段，大多采用需要系數(shù)法。如果用電設(shè)備臺(tái)數(shù)較多，各臺(tái)設(shè)備容量相差不多時(shí)，可以采用需要系數(shù)法，一般適用于干線、配電所的負(fù)荷計(jì)算。民用建筑的負(fù)荷大都采用需要系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算的，這種方法比較簡(jiǎn)便，所以應(yīng)用廣泛。 (2) 各類建筑物的需要系數(shù) 一般民用建筑的需要 系數(shù)一般可從現(xiàn)有的電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)中查到，如表 32所示。 表 32 各類建筑物需要系數(shù) 建筑類別 需求系數(shù) 建筑類別 需求系數(shù) 住宅 ～ 醫(yī)院 ～ 辦公 ～ 高校 ～ 商業(yè) ～ 綜合樓 ～ 體育 ～ 餐飲 ～ 劇場(chǎng) ～ 加工業(yè) ～ 二項(xiàng)式系數(shù)法 由于需要系數(shù)法沒有考慮在同一組負(fù)荷中一些容量特別大的設(shè)備，所以對(duì)負(fù)荷計(jì)算是有影響的，不能滿足大容量設(shè)備的需要， 因此提出了二項(xiàng)式系數(shù)法。其公式如下： ncPbP ?? ejs （ 33） 式中， jsP — 有功 計(jì) 算 負(fù) 荷， kW； eP — 用電設(shè)備總?cè)萘浚?kW； nP — n臺(tái)最大的 設(shè)備 容量之和， kW； b、 c — 二 項(xiàng) 式系數(shù) 。 由于二項(xiàng)式系數(shù)法即考慮了設(shè)備組的平均負(fù)荷，又考慮了設(shè)備組中幾臺(tái)大容量設(shè)備運(yùn)行時(shí)的附加負(fù)荷。所以此法只適用于設(shè)備臺(tái)數(shù)較少而且容量相差較大的低壓分支線及干線的負(fù)荷計(jì)算。 由于需要系數(shù)法較為實(shí)用，只需要將用電設(shè)備按工作類別分組乘以相對(duì)應(yīng)的需要系數(shù)即可直接得出計(jì)算結(jié)果，所以在動(dòng)力、照明負(fù)荷計(jì)算中可以采用需要系數(shù)法確定變電所內(nèi)動(dòng)力變壓器的容量。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 13 地鐵變配電負(fù)荷計(jì)算 進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)首先需要確定用電設(shè)備的容量，本設(shè)計(jì)參考蘇州軌道交通 2號(hào)線的某一車站的技術(shù)數(shù)據(jù)。 動(dòng)力負(fù)荷 根據(jù)專業(yè)系統(tǒng)，可以將動(dòng)力用電設(shè)備劃分為通風(fēng)空調(diào)、給排水、消防、弱電、 運(yùn)輸、安全防護(hù)和其它等七個(gè)負(fù)荷組 成，如表 33 所示。各個(gè)設(shè)備負(fù)荷的需要系數(shù)參照民用建筑電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)的值選取。 表 33 各類動(dòng)力設(shè)備容量 序號(hào) 設(shè)備名稱 總?cè)萘? ?cos eK 負(fù)荷類型 1 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng) ① 隧道風(fēng)機(jī) 440 I ② 排熱風(fēng)機(jī) 150 I ③ 回排風(fēng)機(jī)