【文章內(nèi)容簡介】 視在功率 綜合功率因數(shù) 綜合計(jì)算負(fù)荷根據(jù)以上計(jì)算的結(jié)果，可以計(jì)算出地鐵車站的綜合計(jì)算負(fù)荷，如表37所示。表37 車站綜合計(jì)算負(fù)荷序號負(fù)荷種類總?cè)萘坑?jì)算有功功率(kW)計(jì)算無功功率(kVar)1動(dòng)力9172照明227227總計(jì)其中I類負(fù)荷II類負(fù)荷III類負(fù)荷579 視在功率 綜合功率因數(shù) 無功功率補(bǔ)償 由表33可以看出，地鐵動(dòng)力設(shè)備中有大量的風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等，因此導(dǎo)致整個(gè)配電系統(tǒng)的功率因數(shù)較低。功率因數(shù)的降低不僅會(huì)引起有功損耗，也會(huì)造成電壓降落，影響供電質(zhì)量。按國家供電規(guī)則要求。因此，采用無功補(bǔ)償、提高功率因數(shù)是必不可少的。 一般在地鐵降壓變電所采用低壓集中自動(dòng)補(bǔ)償方式，對系統(tǒng)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。無功補(bǔ)償原理和無功補(bǔ)償矢量圖如圖332所示。 圖31 無功功率補(bǔ)償原理圖 圖32 無功補(bǔ)償矢量圖補(bǔ)償容量可按下式求得： （38）式中，—補(bǔ)償容量，kVar；—有功功率之和，kW；—補(bǔ)償前功率因數(shù)角正切值；—補(bǔ)償后功率因數(shù)角正切值；、均為已知，經(jīng)計(jì)算=300kVar。目前國內(nèi)大多采用自愈式金屬化全膜電容器代替舊式的油浸電容器，它具有體積小、重量輕、介質(zhì)損耗低、安全性能高等優(yōu)點(diǎn)，國產(chǎn)型號主要有BMMJ型，進(jìn)口產(chǎn)品有ABB公司的CLMD型等。CLMD型電容器具有高容量和放電速度快的特點(diǎn)，單臺容量可達(dá)83kVar，放電速度可在斷開電源一分鐘后端電壓下降到50V。 本章小結(jié) 由于地鐵變電所和普通的變電所負(fù)荷計(jì)算有所區(qū)別，所以本次設(shè)計(jì)是參照蘇州地鐵某變電所進(jìn)行計(jì)算的。4 變壓器的選擇我國地鐵設(shè)計(jì)規(guī)定：配電變壓器的容量選擇應(yīng)滿足一臺配電變壓器退出運(yùn)行時(shí)，另一臺配電變壓器能負(fù)擔(dān)供電范圍內(nèi)遠(yuǎn)期的一、二級負(fù)荷。因此地鐵降壓變電所應(yīng)配備兩臺容量相等的配電變壓器，按照供電范圍內(nèi)的一、二級計(jì)算負(fù)荷選擇容量。在進(jìn)行變壓器容量計(jì)算時(shí)，還應(yīng)考慮參差系數(shù)，計(jì)算公式如下： （41） （42）式中，—變壓器總的低壓側(cè)有功功率, kW；—變壓器總的低壓側(cè)無功功率，kVar； — 一、二級計(jì)算有功功率之和，kW；— 一、二級計(jì)算無功功率之和，kVar；—有功參差系數(shù)，～；—無功參差系數(shù)，～。這里取=，=，而、在表37中已經(jīng)求出(還應(yīng)計(jì)入無功補(bǔ)償容量)，因此根據(jù)上式可以求得：===1017kVA 單臺變壓器運(yùn)行時(shí)負(fù)載率＜100%，因此選用標(biāo)稱容量S=1250kVA的變壓器，其負(fù)載率為81%。 上面選擇變壓器容量時(shí)未考慮三級負(fù)荷，因此還需根據(jù)三級負(fù)荷對變壓器容量進(jìn)行校驗(yàn)如下： 正常運(yùn)行過程中，兩臺配電變壓器同時(shí)運(yùn)行，共同承擔(dān)一、二、三級負(fù)荷。因此正常運(yùn)行時(shí)配電變壓器總?cè)萘繛?500kVA，在不考慮參差系數(shù)的情況下，配電變壓器負(fù)載率為70%。 因此無論在兩臺配電變壓器同時(shí)運(yùn)行，還是任意一臺因故退出運(yùn)行，均能夠滿足供電要求。單臺變壓器運(yùn)行時(shí)負(fù)載率＜100%，因此選用標(biāo)稱容量S=1250kVA的變壓器。地鐵降壓變電所配電變壓器首選SC型環(huán)氧樹脂干式變壓器。它具有良好的電氣和機(jī)械性能、較高的耐熱等級，并且是一種安全可靠、環(huán)保節(jié)能型新產(chǎn)品，能適應(yīng)多種惡劣環(huán)境。通過使用環(huán)氧樹脂干式變壓器可減少維護(hù)工作量和增強(qiáng)安全性，同時(shí)環(huán)氧樹脂干式變壓器較好的超銘牌運(yùn)行能力和抗短路能力，將給安全供電帶來可靠的保證。因此選擇變壓器型號為SC101250KVA/35KV/。5 變電所主接線設(shè)計(jì)牽引變電所（含開閉所、降壓變電所）的電氣主結(jié)線，是由主變壓器、高壓電器和設(shè)備等各種電器元件和連接導(dǎo)線所組成的接受和分配電能的電路。電氣主結(jié)線反映了牽引變電所的基本結(jié)構(gòu)和功能。在運(yùn)行中，它能表明與高壓電網(wǎng)連接方式、電能輸送和分配的關(guān)系以及變電所一次設(shè)備的運(yùn)行方式，成為實(shí)際運(yùn)行操作的依據(jù)；在設(shè)計(jì)中，主結(jié)線的確定對變電所電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)裝置和計(jì)算、自動(dòng)裝置和控制方式選擇等都有重大影響。此外，電氣主結(jié)線對牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、電能質(zhì)量、運(yùn)行靈活性和經(jīng)濟(jì)性起著決定性作用。電氣主接線應(yīng)該滿足以下要求： ①首先應(yīng)保證電力牽引負(fù)荷，運(yùn)輸用動(dòng)力、信號負(fù)荷安全、可靠供電的需求和電能質(zhì)量。主接線應(yīng)在變壓器接線方式、諧波無功補(bǔ)償和調(diào)壓方面采取有效的改善電壓質(zhì)量措施。②還要具有必要的運(yùn)行靈活性，使檢修維護(hù)安全方便?，F(xiàn)代技術(shù)的自動(dòng)裝備和監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用對提高主接線的運(yùn)行靈活性和可靠性都是很有利的。③應(yīng)有較好的經(jīng)濟(jì)性，力求減少投資和運(yùn)行費(fèi)用。在可能和充分論證的條件下，可采取按遠(yuǎn)期規(guī)劃設(shè)計(jì)主接線規(guī)模、分期實(shí)施投資、增加設(shè)備，達(dá)到最好的經(jīng)濟(jì)效益。④接線應(yīng)該盡量簡潔明了，并有發(fā)展和擴(kuò)建的余地。降壓變電所一般設(shè)在車站的負(fù)荷中心，擔(dān)負(fù)本車站和相鄰區(qū)間的全部動(dòng)力、照明用電供應(yīng)。因?yàn)榈罔F動(dòng)力、照明負(fù)荷大多為一、二級負(fù)荷，所以降壓變電所必須按兩路獨(dú)立電源供電設(shè)計(jì)。各個(gè)降壓變電所的兩路電源分別由主變電所、電源開閉所或相鄰變電所的35kV不同母線引入，接至兩段母線。降壓變電所35kV側(cè)接線采用單母線分段，設(shè)置斷路器。正常運(yùn)行時(shí)，兩路 35kV進(jìn)線電源分別向兩段母線供電，斷路器打開，兩段母線分段運(yùn)行；當(dāng)一段母線進(jìn)線電源失電時(shí)，進(jìn)線斷路器分閘，斷路器自動(dòng)合閘。35kV開關(guān)柜內(nèi)設(shè)過電壓保護(hù)。每段母線分別設(shè)一組電壓互感器和避雷器，電壓互感器用于母線電壓測量和斷路器檢測電壓自投，避雷器用于系統(tǒng)過電壓保護(hù)。降壓變電所設(shè)兩臺 35kV/，分別來自不同35kV母線上，配電變壓器容量按一、二級負(fù)荷備用容量考慮。低壓母線為單母線分段運(yùn)行方式，設(shè)開關(guān)，平時(shí)分段運(yùn)行。當(dāng)一臺配電變壓器退出運(yùn)行時(shí)，可自動(dòng)或手動(dòng)投入開關(guān)，由另一臺變壓器提供全部一、二級負(fù)荷用電。進(jìn)線開關(guān)、開關(guān)之間應(yīng)實(shí)現(xiàn)互鎖，保證在任何情況下三臺開關(guān)不同時(shí)處于合閘狀態(tài)（母線故障時(shí)不允許開關(guān)自動(dòng)投入）。當(dāng)任一進(jìn)線電源故障導(dǎo)致開關(guān)跳閘或其中一臺變壓器檢修時(shí)，另一臺變壓器只能提供全部一、二級負(fù)荷用電而必須切除三級負(fù)荷，否則會(huì)導(dǎo)致變壓器超負(fù)荷運(yùn)行而跳閘；因此，設(shè)置三級負(fù)荷總開關(guān)，將三級負(fù)荷均置于該開關(guān)下級，同時(shí)兩臺進(jìn)線開關(guān)和三級負(fù)荷總開關(guān)之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，斷開兩段母線上的三級負(fù)荷總開關(guān)后，開關(guān)才能合閘。牽引變電所設(shè)兩臺35kV/1500V整流變壓器，來自相同的35kV母線上，低壓母線為單母線運(yùn)行方式。其主接線圖如下。圖51 電氣主接線圖6 短路計(jì)算地鐵供配電系統(tǒng)要求安全，可靠，不間斷地供電，以保證地鐵正常的運(yùn)行，但是由于各種原因，系統(tǒng)難免出現(xiàn)故障，其中最嚴(yán)重的故障就是短路。所謂短路，是指供配電系統(tǒng)正常運(yùn)行之外的相與相或相與地之間的短接。 短路計(jì)算的必要性造成短路的原因主要有：（1）電氣設(shè)備存在隱患，如設(shè)備的絕緣材料自然老化，絕緣材料機(jī)械損傷，設(shè)備缺陷未被發(fā)現(xiàn)和消除，設(shè)計(jì)安裝有誤等。（2） 運(yùn)行，維護(hù)不當(dāng)，如不遵守操作規(guī)程而發(fā)生誤操作，技術(shù)水平低，管理不善等。 （3）自然災(zāi)害，如雷電過電壓擊穿設(shè)備絕緣，特大風(fēng)，冰雪，地震等引起的線路損壞，斷線等。短路的危害：由于短路后電路的阻抗比正常運(yùn)行時(shí)電路的阻抗小得多，所以短路電流比正常電流一般要大幾十倍甚至幾百倍。在大的電力系統(tǒng)中，短路電流可達(dá)到幾萬安甚至幾十萬安。在電流急劇增加的同時(shí)，系統(tǒng)中的電壓降大幅度下降。所以短路的后果往往都是破壞性的。短路的危害（1）元件發(fā)熱：熱量與電流的平方成正比，所以強(qiáng)大的短路電流將引起電機(jī)，電器及載流導(dǎo)體的發(fā)熱。由于短路電流很大，即使流過的時(shí)間很短也會(huì)使這些元件引起不能允許的過熱，而招致?lián)p壞。（2）短路電流引起很大的機(jī)械應(yīng)力。電流流過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力與電流的平方成正比。在短路剛發(fā)生后，電流達(dá)到最大值（即所謂的沖擊電流），這時(shí)機(jī)械應(yīng)力最大。如果導(dǎo)體和它的固定支架不夠堅(jiān)韌，可能遭到破壞。（3）破壞電氣設(shè)備正常運(yùn)行。短路計(jì)算的目的（1）為了選擇有足夠機(jī)械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設(shè)備。（2）要合理地配置各種繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置并準(zhǔn)確確定其參數(shù)，必須對電力網(wǎng)發(fā)生的各種短路進(jìn)行計(jì)算和分析。（3）在設(shè)計(jì)和選擇電力系統(tǒng)和電氣主接線時(shí)，在比較各種不同的方案的接線圖，確定是否采用限制短路電流的措施等，都要進(jìn)行必要的短路計(jì)算。（4）進(jìn)行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算，研究短路時(shí)對用電客戶工作的影響等。也包含一部分短路計(jì)算。（5）確定電力線路對通信線路的影響等。 短路計(jì)算 短路電流的計(jì)算方法有歐姆法（又稱有名單位制法），標(biāo)么值法（又稱相對單位制法）和短路容量法。歐姆法屬于最基本的短路電流計(jì)算法，但標(biāo)么值法在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。其實(shí)短路計(jì)算是否合理，首先是看短路計(jì)算點(diǎn)選擇是否合理。這涉及到短路計(jì)算的目的。用來選擇校驗(yàn)電氣設(shè)備的短路計(jì)算，其短路計(jì)算點(diǎn)應(yīng)選擇為使電氣設(shè)備可能通過最大短路電流的地點(diǎn)，一般來講，用來選擇校驗(yàn)高壓側(cè)設(shè)備的短路計(jì)算，應(yīng)選擇高壓母線為計(jì)算短路點(diǎn)。用來選擇校驗(yàn)低壓側(cè)設(shè)備的短路計(jì)算，應(yīng)選擇低壓母線為短路計(jì)算點(diǎn)。但如果線路裝有限流電抗器（用來限制短路電流），則選擇校驗(yàn)線路設(shè)備的短路計(jì)算點(diǎn)，應(yīng)選在限流電抗器之后。由于用標(biāo)么值法計(jì)算短路計(jì)算可以使計(jì)算簡便，且結(jié)果明顯，便于迅速及時(shí)地判斷計(jì)算結(jié)果的正確性。所以本次設(shè)計(jì)采用標(biāo)幺值法計(jì)算。 變壓器等值電抗計(jì)算（1）35KV側(cè)基準(zhǔn)值,標(biāo)幺值計(jì)算取=100MVA =37KV（規(guī)定) (b表示基準(zhǔn)值、n表示額定值)（2）,標(biāo)幺值計(jì)算 同樣，取=100MVA = 短路點(diǎn)的選擇在正常接線方式下，通過電器設(shè)備的短路電流為最大的地點(diǎn)稱為短路計(jì)算 點(diǎn)，比較斷路器的前后短路點(diǎn)的計(jì)算值，比較選取計(jì)算值最大處為實(shí)際每段線路上短路點(diǎn)。基于該原則選取短路點(diǎn)如下：35KV線路上短路點(diǎn)為F3,F4，,F2。如圖61所示。圖61短路點(diǎn)標(biāo)示圖由于35kv側(cè)架空線路長度為5km，則架空線路電抗值：電纜線路電抗值：變壓器的電抗值：(1)短路點(diǎn)的計(jì)算(2)短路點(diǎn)的計(jì)算(3) 短路點(diǎn)的計(jì)算(4) 短路點(diǎn)的計(jì)算表61 短路點(diǎn)電流匯總短路點(diǎn)F1F2F3F4短路電流7 電氣設(shè)備的選擇導(dǎo)體和電器的選擇設(shè)計(jì)、必須執(zhí)行國家的有關(guān)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的政策，并應(yīng)做到技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、運(yùn)行方便和適當(dāng)?shù)牧粲邪l(fā)展余地，以滿足電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需求。（1）應(yīng)滿足正常運(yùn)行，檢修，短路和過電壓情況下的需求，并考慮到遠(yuǎn)景發(fā)展需要。（2）按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核。（3）應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理（4）選擇異體時(shí)應(yīng)盡量減少品種（5）擴(kuò)建工程應(yīng)盡量使新老電器型號一致（6）選用新產(chǎn)品，均應(yīng)具有可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。（7）選擇的高壓電氣設(shè)備應(yīng)滿足各項(xiàng)電氣技術(shù)要求。 （8）結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕，便于安裝和檢修。 （9） 在制造廠給定的技術(shù)條件下，能長期可靠地運(yùn)行，有一定的機(jī)械壽命和電氣壽命。 配電線路的選擇 由于地鐵處于地下這一特殊環(huán)境，地鐵普遍采用電纜進(jìn)行配電。從降壓變電所、電控室的低壓開關(guān)柜到各動(dòng)力設(shè)備配電室，一般采用電纜配電，從動(dòng)力配電箱到動(dòng)力設(shè)備可采用電纜或電線配電。根據(jù)配電系統(tǒng)要求（TNS系統(tǒng)）以及設(shè)備電源要求，一般用三～五芯電纜或電線。配電線路選擇要按以下要求[24]：(1) 符合工作電壓的要求。(2) 選擇導(dǎo)體截面，應(yīng)符合下列要求：①線路電壓損失應(yīng)滿足用電設(shè)備正常工作及起動(dòng)時(shí)端電壓的要求；②按敷設(shè)方式及環(huán)境條件確定的導(dǎo)體載流量，不應(yīng)小于計(jì)算電流；③導(dǎo)體應(yīng)滿足動(dòng)態(tài)穩(wěn)定與熱穩(wěn)定的要求；④導(dǎo)體最小截面應(yīng)滿足機(jī)械強(qiáng)度的要求，固定敷設(shè)的導(dǎo)線最小芯線截面應(yīng)符合表71的規(guī)定。表71 固定敷設(shè)的導(dǎo)線最小芯線截面敷設(shè)方式最小芯線截面（mm2）銅芯鋁芯裸導(dǎo)線鋪設(shè)于絕緣子上1010絕緣導(dǎo)線鋪設(shè)與絕緣子上室內(nèi) L≤2m室外 L≤2m室內(nèi)外 2＜L≤6m 6＜L≤16m 16＜L≤25m464610絕緣導(dǎo)線穿管敷設(shè)絕緣導(dǎo)線槽板敷設(shè)絕緣導(dǎo)線線槽敷設(shè)塑料絕緣護(hù)套導(dǎo)線扎頭直敷(3) 沿不同冷卻條件的路徑敷設(shè)線路時(shí)，當(dāng)冷卻條件最壞段的長度超過5m應(yīng)按該段條件選擇絕緣導(dǎo)線和電纜的截面，或只對該段采用大截面的絕緣導(dǎo)線和電纜。(4) 線纜的允許載流量，應(yīng)根據(jù)敷設(shè)處的環(huán)境溫度進(jìn)行校正，溫度校正系數(shù)可按下式計(jì)算： （71）式中，—溫度校正系數(shù) ；—導(dǎo)體最高允許工作溫度(℃)，式中為常量；—敷設(shè)處的環(huán)境溫度(℃)；—導(dǎo)體載流量標(biāo)準(zhǔn)中所采用的環(huán)境溫度(℃)，式中為常量。(5) PE線最小截面應(yīng)符合如表72所示的規(guī)定。表72 PE線最小截面相線截面面積S（mm2）PE線最小截面（mm2）S≤16mS16＜L≤35m16S＞35S／