【正文】 容量設(shè)備需要采用大截面電纜或密集型母線供電，而二者（尤其是密集型母線）價(jià)格高昂，會(huì)引起電力投資的顯著增加。主所、跟隨所的高壓進(jìn)線均為兩路獨(dú)立電源，引自不同的饋線回路，互不干擾，即為并列關(guān)系的兩座降壓變電所。① 降壓變電所為一主所一跟隨所型式供電方案的優(yōu)點(diǎn)兩所各負(fù)責(zé)本端的用電負(fù)荷，根本上解決了低壓供電的電壓損失問題，電纜截面及數(shù)量隨之顯著降低，供電方案較為合理。一主所一跟隨所型式單臺(tái)變壓器容量一般為500、6800kVA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。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。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。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。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。② 降壓變電所為一所一室型式的缺點(diǎn)，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。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)。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。 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)。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。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。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。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)）。 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。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。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。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。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)。圖22 牽引—降壓混合配電網(wǎng)絡(luò) 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。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。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。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。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)。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。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。 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： （31）式中，—有功計(jì)算負(fù)荷，kW； —建筑單位面積負(fù)荷密度，； S—建筑面積，m2。(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。其公式如下： （32）式中，—有功計(jì)算負(fù)荷，kW； —設(shè)備總?cè)萘浚琸W； —需要系數(shù)。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。 在施工設(shè)計(jì)階段，大多采用需要系數(shù)法。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。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?！虡I(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。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。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。 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。表33 各類動(dòng)力設(shè)備容量序號(hào)設(shè)備名稱總?cè)萘控?fù)荷類型1通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)①隧道風(fēng)機(jī)440I②排熱風(fēng)機(jī)150I③回排風(fēng)機(jī)74I④小系統(tǒng)新風(fēng)機(jī)I⑤小系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)I⑥組合空調(diào)機(jī)組88I⑦空氣處理機(jī)組27I⑧冷水機(jī)組280III⑨冷凍泵60III⑩電動(dòng)組合風(fēng)閥10I2給排水系統(tǒng)167①冷卻塔19III②冷卻泵30III③廢水泵57I④污水泵12II⑤雨水泵9II⑥電熱開水器401III3消防系統(tǒng)61①消火栓泵15I②噴淋泵30I③氣體滅火16I4弱電系統(tǒng)105①BAS、FAS10I②AFC20I③通信20I續(xù)表33 各類動(dòng)力設(shè)備容量序號(hào)設(shè)備名稱總?cè)萘控?fù)荷類型④信號(hào)25I⑤公共無線30I5運(yùn)輸系統(tǒng)①自動(dòng)扶梯108II②直升電梯II6安全防護(hù)系統(tǒng)48①屏蔽門30I②門禁、卷簾門18I7其他60①檢修60III負(fù)荷總計(jì)其中I類負(fù)荷其中II類負(fù)荷其中III類負(fù)荷489從表33可看出，由于變電所處于地下這一特殊性，為了給乘客提供較為舒適的乘車環(huán)境,地鐵每個(gè)車站的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備數(shù)量比較多、容量比較大，其總?cè)萘空嫉降罔F動(dòng)力設(shè)備總?cè)萘康?0%左右，是最主要的負(fù)荷類型。（2）除消防負(fù)荷以外，對(duì)上表所列的其余六個(gè)負(fù)荷組按照需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算；由于功率因素不完全相同，要分別按需要系數(shù)及計(jì)算出有功功率和無功功率，再相加求得計(jì)算視在功率。②計(jì)算無功功率 ... （35）式中，—通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第一個(gè)的用電設(shè)備無功負(fù)荷，kVar； —通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第二個(gè)的用電無功負(fù)荷，kVar；—通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第n個(gè)的用電無功負(fù)荷，kVar；—通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第一個(gè)用電設(shè)備有功負(fù)荷，kW；—通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第二個(gè)用電設(shè)備有功負(fù)荷，kW；—通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第n個(gè)用電設(shè)備有功負(fù)荷，kW； —通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第一個(gè)用電設(shè)備阻抗角正切值； —通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第二個(gè)用電設(shè)備阻抗角正切值。③計(jì)算視在功率 （36）式中，—用電設(shè)備的總視在功率。根據(jù)以上各式得出以下結(jié)果，如表34所示。表35 車站照明容量序號(hào)照明種類總?cè)萘浚╧W）負(fù)荷類型1站廳照明681II2站臺(tái)照明351II3區(qū)間照明161II4事故照明1811I5廣告照明901III負(fù)荷總計(jì)227其中I類負(fù)荷18續(xù)表35 車站照明容量序號(hào)照明種類總?cè)萘浚╧W）負(fù)荷類型II類負(fù)荷119III類負(fù)荷90因?yàn)榈罔F處于地下環(huán)境，所有的照明必須全部啟用，所以表35中需要系數(shù)均為1。表36 車站照明負(fù)荷序號(hào)照明種類總?cè)萘浚╧W）計(jì)算有功功率(kW)計(jì)算無功功率(kVar)1站廳照明68682站臺(tái)照明35353區(qū)間照明16164事故照明181805廣告照明9090負(fù)荷總計(jì)227227其中I類負(fù)荷18180II類負(fù)荷119119III類負(fù)荷9090 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。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。因此，采用無功補(bǔ)償、提高功率因數(shù)是必不可少的。無功補(bǔ)償原理和無功補(bǔ)償矢量圖如圖332所示。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(hào)主要有BMMJ型，進(jìn)口產(chǎn)品有ABB公司的CLMD型等。 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。因此地鐵降壓變電所應(yīng)配備兩臺(tái)容量相等的配電變壓器，按照供電范圍內(nèi)的一、二級(jí)計(jì)算負(fù)荷選擇容量。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(tái)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%。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%。單臺(tái)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。它具有良好的電氣和機(jī)械性能、較高的耐熱等級(jí)，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。因此選擇變壓器型號(hào)為SC101250KVA/35KV/。電氣主結(jié)線反映了牽引變電所的基本結(jié)構(gòu)和功能。此外，電氣主結(jié)線對(duì)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。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?，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(duì)提高主接線的運(yùn)行靈活性和可靠性都是很有利的。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。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)。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。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。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(cè)量和斷路器檢測(cè)電壓自投，避雷器用于系統(tǒng)過電壓保護(hù)。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。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(tái)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）。牽引變電所設(shè)兩臺(tái)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。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