【文章內(nèi)容簡介】 視在功率 綜合功率因數(shù) 綜合計算負荷根據(jù)以上計算的結果，可以計算出地鐵車站的綜合計算負荷，如表37所示。表37 車站綜合計算負荷序號負荷種類總容量計算有功功率(kW)計算無功功率(kVar)1動力9172照明227227總計其中I類負荷II類負荷III類負荷579 視在功率 綜合功率因數(shù) 無功功率補償 由表33可以看出，地鐵動力設備中有大量的風機、水泵、電梯等，因此導致整個配電系統(tǒng)的功率因數(shù)較低。功率因數(shù)的降低不僅會引起有功損耗，也會造成電壓降落，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補償方式，對系統(tǒng)進行無功功率補償。無功補償原理和無功補償矢量圖如圖332所示。 圖31 無功功率補償原理圖 圖32 無功補償矢量圖補償容量可按下式求得： （38）式中，—補償容量，kVar；—有功功率之和，kW；—補償前功率因數(shù)角正切值；—補償后功率因數(shù)角正切值；、均為已知，經(jīng)計算=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，國產(chǎn)型號主要有BMMJ型，進口產(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，單臺容量可達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 由于地鐵變電所和普通的變電所負荷計算有所區(qū)別，所以本次設計是參照蘇州地鐵某變電所進行計算的。4 變壓器的選擇我國地鐵設計規(guī)定：配電變壓器的容量選擇應滿足一臺配電變壓器退出運行時，另一臺配電變壓器能負擔供電范圍內(nèi)遠期的一、二級負荷。因此地鐵降壓變電所應配備兩臺容量相等的配電變壓器，按照供電范圍內(nèi)的一、二級計算負荷選擇容量。在進行變壓器容量計算時，還應考慮參差系數(shù)，計算公式如下： （41） （42）式中，—變壓器總的低壓側有功功率, kW；—變壓器總的低壓側無功功率，kVar； — 一、二級計算有功功率之和，kW；— 一、二級計算無功功率之和，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(還應計入無功補償容量)，因此根據(jù)上式可以求得：===1017kVA 單臺變壓器運行時負載率＜100%，因此選用標稱容量S=1250kVA的變壓器，其負載率為81%。 上面選擇變壓器容量時未考慮三級負荷，因此還需根據(jù)三級負荷對變壓器容量進行校驗如下： 正常運行過程中，兩臺配電變壓器同時運行，共同承擔一、二、三級負荷。因此正常運行時配電變壓器總容量為2500kVA，在不考慮參差系數(shù)的情況下，配電變壓器負載率為70%。 因此無論在兩臺配電變壓器同時運行，還是任意一臺因故退出運行，均能夠滿足供電要求。單臺變壓器運行時負載率＜100%，因此選用標稱容量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工作量和增強安全性，同時環(huán)氧樹脂干式變壓器較好的超銘牌運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 變電所主接線設計牽引變電所（含開閉所、降壓變電所）的電氣主結線，是由主變壓器、高壓電器和設備等各種電器元件和連接導線所組成的接受和分配電能的電路。電氣主結線反映了牽引變電所的基本結構和功能。在運行中，它能表明與高壓電網(wǎng)連接方式、電能輸送和分配的關系以及變電所一次設備的運行方式，成為實際運行操作的依據(jù)；在設計中，主結線的確定對變電所電氣設備選擇、配電裝置布置、繼電保護裝置和計算、自動裝置和控制方式選擇等都有重大影響。此外，電氣主結線對牽引供電系統(tǒng)運行的可靠性、電能質(zhì)量、運行靈活性和經(jīng)濟性起著決定性作用。電氣主接線應該滿足以下要求： ①首先應保證電力牽引負荷，運輸用動力、信號負荷安全、可靠供電的需求和電能質(zhì)量。主接線應在變壓器接線方式、諧波無功補償和調(diào)壓方面采取有效的改善電壓質(zhì)量措施。②還要具有必要的運行靈活性，使檢修維護安全方便。現(xiàn)代技術的自動裝備和監(jiān)控自動化系統(tǒng)的應用對提高主接線的運行靈活性和可靠性都是很有利的。③應有較好的經(jīng)濟性，力求減少投資和運行費用。在可能和充分論證的條件下，可采取按遠期規(guī)劃設計主接線規(guī)模、分期實施投資、增加設備，達到最好的經(jīng)濟效益。④接線應該盡量簡潔明了，并有發(fā)展和擴建的余地。降壓變電所一般設在車站的負荷中心，擔負本車站和相鄰區(qū)間的全部動力、照明用電供應。因為地鐵動力、照明負荷大多為一、二級負荷，所以降壓變電所必須按兩路獨立電源供電設計。各個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側接線采用單母線分段，設置斷路器。正常運行時，兩路 35kV進線電源分別向兩段母線供電，斷路器打開，兩段母線分段運行；當一段母線進線電源失電時，進線斷路器分閘，斷路器自動合閘。35kV開關柜內(nèi)設過電壓保護。每段母線分別設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。降壓變電所設兩臺 35kV/，分別來自不同35kV母線上，配電變壓器容量按一、二級負荷備用容量考慮。低壓母線為單母線分段運行方式，設開關，平時分段運行。當一臺配電變壓器退出運行時，可自動或手動投入開關，由另一臺變壓器提供全部一、二級負荷用電。進線開關、開關之間應實現(xiàn)互鎖，保證在任何情況下三臺開關不同時處于合閘狀態(tài)（母線故障時不允許開關自動投入）。當任一進線電源故障導致開關跳閘或其中一臺變壓器檢修時，另一臺變壓器只能提供全部一、二級負荷用電而必須切除三級負荷，否則會導致變壓器超負荷運行而跳閘；因此，設置三級負荷總開關，將三級負荷均置于該開關下級，同時兩臺進線開關和三級負荷總開關之間實現(xiàn)聯(lián)動，斷開兩段母線上的三級負荷總開關后，開關才能合閘。牽引變電所設兩臺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行方式。其主接線圖如下。圖51 電氣主接線圖6 短路計算地鐵供配電系統(tǒng)要求安全，可靠，不間斷地供電，以保證地鐵正常的運行，但是由于各種原因，系統(tǒng)難免出現(xiàn)故障，其中最嚴重的故障就是短路。所謂短路，是指供配電系統(tǒng)正常運行之外的相與相或相與地之間的短接。 短路計算的必要性造成短路的原因主要有：（1）電氣設備存在隱患，如設備的絕緣材料自然老化，絕緣材料機械損傷，設備缺陷未被發(fā)現(xiàn)和消除，設計安裝有誤等。（2） 運行，維護不當，如不遵守操作規(guī)程而發(fā)生誤操作，技術水平低，管理不善等。 （3）自然災害，如雷電過電壓擊穿設備絕緣，特大風，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行時電路的阻抗小得多，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，短路電流可達到幾萬安甚至幾十萬安。在電流急劇增加的同時，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，所以強大的短路電流將引起電機，電器及載流導體的發(fā)熱。由于短路電流很大，即使流過的時間很短也會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械應力。電流流過導體時產(chǎn)生的機械應力與電流的平方成正比。在短路剛發(fā)生后，電流達到最大值（即所謂的沖擊電流），這時機械應力最大。如果導體和它的固定支架不夠堅韌，可能遭到破壞。（3）破壞電氣設備正常運行。短路計算的目的（1）為了選擇有足夠機械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設備。（2）要合理地配置各種繼電保護和自動裝置并準確確定其參數(shù)，必須對電力網(wǎng)發(fā)生的各種短路進行計算和分析。（3）在設計和選擇電力系統(tǒng)和電氣主接線時，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，都要進行必要的短路計算。（4）進行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計算，研究短路時對用電客戶工作的影響等。也包含一部分短路計算。（5）確定電力線路對通信線路的影響等。 短路計算 短路電流的計算方法有歐姆法（又稱有名單位制法），標么值法（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算法，但標么值法在工程設計中應用廣泛。其實短路計算是否合理，首先是看短路計算點選擇是否合理。這涉及到短路計算的目的。用來選擇校驗電氣設備的短路計算，其短路計算點應選擇為使電氣設備可能通過最大短路電流的地點，一般來講，用來選擇校驗高壓側設備的短路計算，應選擇高壓母線為計算短路點。用來選擇校驗低壓側設備的短路計算，應選擇低壓母線為短路計算點。但如果線路裝有限流電抗器（用來限制短路電流），則選擇校驗線路設備的短路計算點，應選在限流電抗器之后。由于用標么值法計算短路計算可以使計算簡便，且結果明顯，便于迅速及時地判斷計算結果的正確性。所以本次設計采用標幺值法計算。 變壓器等值電抗計算（1）35KV側基準值,標幺值計算取=100MVA =37KV（規(guī)定) (b表示基準值、n表示額定值)（2）,標幺值計算 同樣，取=100MVA = 短路點的選擇在正常接線方式下，通過電器設備的短路電流為最大的地點稱為短路計算 點，比較斷路器的前后短路點的計算值，比較選取計算值最大處為實際每段線路上短路點?；谠撛瓌t選取短路點如下：35KV線路上短路點為F3,F4，,F2。如圖61所示。圖61短路點標示圖由于35kv側架空線路長度為5km，則架空線路電抗值：電纜線路電抗值：變壓器的電抗值：(1)短路點的計算(2)短路點的計算(3) 短路點的計算(4) 短路點的計算表61 短路點電流匯總短路點F1F2F3F4短路電流7 電氣設備的選擇導體和電器的選擇設計、必須執(zhí)行國家的有關技術、經(jīng)濟的政策，并應做到技術先進、安全可靠、運行方便和適當?shù)牧粲邪l(fā)展余地，以滿足電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的需求。（1）應滿足正常運行，檢修，短路和過電壓情況下的需求，并考慮到遠景發(fā)展需要。（2）按當?shù)丨h(huán)境條件校核。（3）應力求技術先進和經(jīng)濟合理（4）選擇異體時應盡量減少品種（5）擴建工程應盡量使新老電器型號一致（6）選用新產(chǎn)品，均應具有可靠的試驗數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。（7）選擇的高壓電氣設備應滿足各項電氣技術要求。 （8）結構簡單、體積小、質(zhì)量輕，便于安裝和檢修。 （9） 在制造廠給定的技術條件下，能長期可靠地運行，有一定的機械壽命和電氣壽命。 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行配電。從降壓變電所、電控室的低壓開關柜到各動力設備配電室，一般采用電纜配電，從動力配電箱到動力設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) 選擇導體截面，應符合下列要求：①線路電壓損失應滿足用電設備正常工作及起動時端電壓的要求；②按敷設方式及環(huán)境條件確定的導體載流量，不應小于計算電流；③導體應滿足動態(tài)穩(wěn)定與熱穩(wěn)定的要求；④導體最小截面應滿足機械強度的要求，固定敷設的導線最小芯線截面應符合表71的規(guī)定。表71 固定敷設的導線最小芯線截面敷設方式最小芯線截面（mm2）銅芯鋁芯裸導線鋪設于絕緣子上1010絕緣導線鋪設與絕緣子上室內(nèi) L≤2m室外 L≤2m室內(nèi)外 2＜L≤6m 6＜L≤16m 16＜L≤25m464610絕緣導線穿管敷設絕緣導線槽板敷設絕緣導線線槽敷設塑料絕緣護套導線扎頭直敷(3) 沿不同冷卻條件的路徑敷設線路時，當冷卻條件最壞段的長度超過5m應按該段條件選擇絕緣導線和電纜的截面，或只對該段采用大截面的絕緣導線和電纜。(4) 線纜的允許載流量，應根據(jù)敷設處的環(huán)境溫度進行校正，溫度校正系數(shù)可按下式計算： （71）式中，—溫度校正系數(shù) ；—導體最高允許工作溫度(℃)，式中為常量；—敷設處的環(huán)境溫度(℃)；—導體載流量標準中所采用的環(huán)境溫度(℃)，式中為常量。(5) PE線最小截面應符合如表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／