【正文】 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。④接線應該盡量簡潔明了，并有發(fā)展和擴建的余地。③應有較好的經(jīng)濟性，力求減少投資和運行費用。②還要具有必要的運行靈活性，使檢修維護安全方便。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。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。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。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。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。 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。 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。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)，～。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。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。 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。 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。按國家供電規(guī)則要求。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。根據(jù)式34～37照明計算負荷，如表36所示。表34 動力計算負荷序號設備名稱總容量（kW）計算有功功率(kW)計算無功功率(kVar)1通風空調(diào)系統(tǒng)6072給排水系統(tǒng)1673消防系統(tǒng)61不計不計4弱電系統(tǒng)10584635運輸系統(tǒng)6安全防護系統(tǒng)487其他6021負荷總計917其中I類負荷II類負荷III類負荷489視在功率1512綜合功率因數(shù) 照明負荷地鐵照明主要由站廳照明、站臺照明、區(qū)間照明、事故照明和廣告照明等組成，如表35所示。④計算綜合功率因數(shù) （37）式中，—綜合功率因數(shù)。 —通風空調(diào)系統(tǒng)等七個系統(tǒng)下的第n個用電設備阻抗角正切值。計算公式如下：①計算有功功率 ... （34）式中，—通風空調(diào)系統(tǒng)等七個系統(tǒng)下的第一個用電設備有功負荷，kW；—通風空調(diào)系統(tǒng)等七個系統(tǒng)下的第二個用電設備有功負荷，kW；—通風空調(diào)系統(tǒng)等七個系統(tǒng)下的第n個用電設備有功負荷，kW；—通風空調(diào)系統(tǒng)等七個系統(tǒng)下的第一個的需要系數(shù)；—通風空調(diào)系統(tǒng)等七個系統(tǒng)下的第二個的需要系數(shù)；—通風空調(diào)系統(tǒng)等七個系統(tǒng)下的第n個的需要系數(shù)；—通風空調(diào)系統(tǒng)等七個系統(tǒng)下的第一個的設備總容量，kW；—通風空調(diào)系統(tǒng)等七個系統(tǒng)下的第二個的設備總容量，kW；—通風空調(diào)系統(tǒng)等七個系統(tǒng)下的第n個的設備總容量，kW。動力負荷計算的方法： （1） 由于消防泵、噴淋泵、氣體滅火等消防負荷遠遠小于火災時予以切除的III類負荷，因此進行負荷計算時，可以不考慮消防負荷。各個設備負荷的需要系數(shù)參照民用建筑電氣設計手冊的值選取。 地鐵變配電負荷計算進行負荷計算時首先需要確定用電設備的容量，本設計參考蘇州軌道交通2號線的某一車站的技術數(shù)據(jù)。所以此法只適用于設備臺數(shù)較少而且容量相差較大的低壓分支線及干線的負荷計算。其公式如下： （33）式中，—有功計算負荷，kW；—用電設備總容量，kW；—n臺最大的設備容量之和，kW； 、—二項式系數(shù)。(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)有的電氣設計手冊中查到，如表32所示。如果用電設備臺數(shù)較多，各臺設備容量相差不多時，可以采用需要系數(shù)法，一般適用于干線、配電所的負荷計算。因此，在取值中包含一定份量的經(jīng)驗數(shù)據(jù)成分，各國的值不相同，即使在同一個國家的不同時期和地區(qū)，值也會有所變化。需求系數(shù)和用電設備的工作性質(zhì)、設備臺數(shù)、設備功率及功能的充分利用有關。表31 各類建筑物單位指標建筑類別 單位（W/m2）建筑類別單位指標（W/m2）辦公40～80 中小學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50～80汽車庫5～18 需要系數(shù)法(1) 需要系數(shù)法的計算公式需要系數(shù)法是用設備容量乘以需要系數(shù)和同時系數(shù)，直接求出計算負荷[4]。在方案設計階段多采用單位指標法。 地鐵負荷計算方法在地鐵變電所負荷計算常用的方法有三種，即單位指標法、需要系數(shù)法、二項式系數(shù)法。二級負荷由降壓變電所I段或II段母線提供一路專用電源，在變電所處切換，必要時可以切除，如污水泵、雨水泵、普通風機、自動扶梯、直升電梯、正常照明、區(qū)間維修電源等。 地鐵負荷分類地鐵動力、照明負荷按其重要性，分為一、二級及三級負荷。如果計算負荷過大，則會造成變壓器容量過剩，線路截面過大，開關整定電流過高，增加了工程投資，造成不必要的浪費。按照等效負荷，從滿足用電設備發(fā)熱條件來選擇各種用電設備，而計算的負荷功率或負荷電流稱為“計算負荷”。因此，地鐵變電所電氣系統(tǒng)設計過程中，必須找出這些用電設備的等效負荷。3 負荷計算地鐵變電所的實際負荷并不等于所有用電設備的額定功率總和。全線的牽引—降壓混合變電所及降壓變電所被分成若干個分區(qū)，每個分區(qū)一般不超過3個車站；每一個分區(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)絡采用雙環(huán)網(wǎng)接線方式；兩個主變電所之間的分區(qū)間通過環(huán)網(wǎng)電纜聯(lián)絡。當中壓網(wǎng)絡采用牽引—降壓混合配電網(wǎng)絡時，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。全線的降壓變電所被分成若干個分區(qū)，每個分區(qū)一般不超過3個車站；每一個分區(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，同時在降壓變電所的每段母線設一路出線，向相鄰降壓變電所供電；在各分區(qū)設有網(wǎng)絡開關，正常運行時該開關分斷，形成10kV開口雙環(huán)網(wǎng)供電形式。 牽引—降壓獨立配電網(wǎng)絡牽引—降壓獨立配電網(wǎng)絡即牽引配電網(wǎng)絡和降壓配電網(wǎng)絡相互獨立的中壓網(wǎng)絡形式。集中式供電有利于地鐵供電網(wǎng)形成獨立系統(tǒng)，便于管理和運營。根據(jù)用電容量和線路長短，在地鐵沿線設置專用的主變電所，這種由主變電所構成的供電方案，稱為集中式供電。降壓配電網(wǎng)絡的設計是地鐵配電系統(tǒng)設計中比較重要的一環(huán)。地鐵中壓配電網(wǎng)絡是通過中壓電纜，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牽引變電所、降壓變電所連接起來而形成的配電網(wǎng)絡。變配電系統(tǒng)包括降壓變電所與低壓動力、照明配電系統(tǒng)和跟隨變電所。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通常為110kV或10kV。通過對負荷資料的分析計算得到計算負荷；然后確定變壓器的容量和臺數(shù)，根據(jù)所算出的參數(shù)選擇合適的變壓器型號；然后進行電氣主接線的設計；根據(jù)電氣主接線進行短路計算得出各短路點的短路電流；根據(jù)短路電流等來選擇一次設備；最后進行防雷、接地、消防等基礎設施設計。故選用一主所一跟隨所方式。(4) 綜合分析比較綜上所述，降壓變電所的設計一般采用一所型式、一主所一跟隨所型式或一所一室型式，其性能對比如表 11所示。由于單機大容量設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。低壓配電室房屋面積較跟隨所型式相對減少，同時亦減少兩面高壓送出柜，一定程度上降低了設備投資和土建造價。① 降壓變電所為一所一室型式的優(yōu)點遠離降壓變電所端的大部分設備從低壓配電室送出，供電負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。以車站中心分界，降壓變電所與低壓配電室各負責本端的負荷供電（除單臺容量較大的設備外）。(3) 一所一室型式在車站一端設一座降壓變電所，另一端設一座低壓配電室。②降壓變電所為一主所一跟隨所型式供電方案的缺點設置跟隨所須增加高壓柜、變壓器及低壓柜等設備，使整個降壓變電所的投資有較大增加。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)在單機大容量設備的供電上。因此，兩者低壓間亦不存在聯(lián)系，各負擔本端的負荷用電。(2) 一主所一跟隨所型式在車站一端設一座主降壓變電所，另一端設一座跟隨式降壓變電所（跟隨所電源引自設在主降壓變電所的高壓開關室）。② 降壓變電所為一所型式的供電方案的缺點由于供電方案為放射式，勢必造成供電距離大幅度增加，為保障線路電壓損失限制在規(guī)定范圍內(nèi)，必須增大導線截面；同時低壓線路的數(shù)量也大幅度增加，出現(xiàn)故障的機率增大，一定程度上降低了供電的質(zhì)量及可靠性。① 降壓變電所為一所型式的供電方案的優(yōu)點整個車站的變配電設備集中設置在一處，減少了降壓變電所的設備投資。根據(jù)設計經(jīng)驗，標準的地下雙層車站，降壓變電所送出回路在80～90個。 降壓變電所降壓變電所一般的設置和形式有以下幾種：(1) 一所型式車站只設一座降壓變電所，位于重負荷一端。但是，經(jīng)過技術方面和經(jīng)濟方面的綜合分析比較，上述優(yōu)點是主要的。采用工頻單相交流制的優(yōu)點是，消除了低頻單相交流制的兩個主要缺點（與電力工業(yè)標準頻率并行的非標準頻率和構造復雜的交流整流子式牽引電動機）；牽引供電系統(tǒng)的結構和設備大為簡化，牽引變電所只要選擇適宜的牽引變壓器，就可以完成降壓、分相、供電的功能；接觸網(wǎng)的額定電壓較高，其中通過的電流相對較小，從而使接觸網(wǎng)導線截面減小、結構簡化；牽引變電所的間距延長、數(shù)量減少；工程投資和金屬消耗量降低，電能損失和運營費用減少；電力機車采用直流串勵牽引電動機，也遠比交流整流子式牽引電動機牽引性能好，運行可靠。由于頻率提高，牽引網(wǎng)阻抗加大，牽引網(wǎng)電壓也相應提高。從那時以來，許多國家都相繼采用。③ 工頻單相交流制即牽引網(wǎng)供電電流為工業(yè)頻率單相交流的電力牽引電流制。低頻單相交流制的出現(xiàn)，與力圖提高牽引網(wǎng)電壓以降低接觸網(wǎng)中的有色金屬用量有關。這種電流制是繼直流制之后出現(xiàn)的，牽引網(wǎng)供電電流頻率為16Hz，牽引網(wǎng)電壓為15kV或11kV，電力機車上采用交流整流子式牽引電動機。由于這些緣故，許多國家已逐漸停止發(fā)展直流制。由于牽引電流增大，接觸網(wǎng)導線截面要隨著增大（一般得使用兩根銅接觸線和銅承力索），牽引網(wǎng)電壓損失也相應增大，所以牽引變電所之間的距離要縮短，一般只有15~30 km。牽引網(wǎng)電壓有1200V，1500V，3000V和600V，750V等，后兩種分別用于城市電車、地下鐵道。直流制發(fā)展最早，目前有些國家的電氣化鐵路仍在應用。 ① 直流制即牽引網(wǎng)供電電流為直流的電力牽引電流制。雙線區(qū)段①同相一邊并聯(lián)供電；②同相一邊分開供電；③雙邊扭結供電。 ③環(huán)形供電 是指若干個發(fā)電廠、地區(qū)變電站通過高壓輸電線連接成環(huán)形的電力系統(tǒng)，牽引變電所處于環(huán)形電力系統(tǒng)的一個環(huán)路中。 ①一邊供電就是牽引變電所的電能由電力系統(tǒng)中一個方向的電廠送來。牽引變電所把區(qū)域電力系統(tǒng)送來的電能，根據(jù)電力牽引對電流和電壓的不同要求，轉變?yōu)檫m用于電力牽引的電能，然后分別送到沿鐵路線上空架設的接觸網(wǎng)，為電力機車供電，或者送到地下鐵道等城市交通所需的供電系統(tǒng)，為地鐵電動車輛或電車供電。 牽引降壓混合變電所牽引降壓混合變電所是由牽引變電所和降壓變電所組成的。繼電保護為電磁型，不具備四遙、遠方