地铁车站配电变压器负载率研究

李鲲鹏

摘 要：文章在分析地铁车站日负荷特性和干式变压器技术特性的基础上，分别从变压器的运行成本和全寿命周期成本的角度，建立变压器负载率数学模型，提出了地铁车站配电变压器的最佳负载率。

关键词：变压器；负载率；全寿命周期成本

中图分类号：U231.8 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）23-0095-02

目前地铁车站配电变压器的安装容量普遍较大，造成此现象的主要因素有：由于缺乏实际运营的经验没有充分认识到地铁车站负荷的特殊性，车站用电负荷的估计偏大，配电变压器负载率的选择过小；其中变压器负载率的选择是影响配电变压器安装容量的重要因素之一。因此，本文在分析地铁车站日负荷特性的基础上，从供电系统的运行成本和全寿命周期成本的角度，分析配电变压器的最优负载率，合理地确定地铁车站配电变压器的安装容量。

1 地铁车站日负荷特性分析

一般而言，地下车站空调季节全新风运行模式时的计算负荷约为阻塞运行模式时计算负荷的70%～80%。这与地下车站的规模、隧道通风系统的设置模式、供冷方式（集中供冷/分散供冷）等因素密切相关。根据地铁的运营计划，地铁变压器的日负荷明显的分为高峰负荷和低谷负荷两个阶段，即0：00～5：30各车站均处于夜间停运模式，仅有少量的应急照明负荷、部分设备房间的小系统空调负荷和维修用电负荷；5：30～24：00进入区间隧道通风和白天的正常运营模式。其典型日负荷曲线，如图1、图2所示。

2 地铁用配电变压器技术经济特性分析

2.1 干式电力变压器的主要技术特性分析

2.2 地铁用干式变压器的运行能耗分析

在分析变压器的运行能耗时，不仅要考虑变压器本身的有功功率损耗，而且还应计及无功功率对系统的影响。根据《工矿企业电力变压器经济运行导则》，对于地铁供电系统无功经济当量KQ可以取为0.02～0.04。

式中：CI为变压器初始费用（元）包括设备价格、运输、安全等费用；A为单位空载损耗的等效初始费用（单位为元/瓦）；B为单位负载损耗的等效初始费用（单位为元/w）；P0为变压器额定空载有功损耗（W）；PK为变压器额定负载有功损耗（W）；UK%为变压器额定阻抗电压%；I0%为变压器空载电流%；Se为变压器额定容量（kVA）；KQ为无功经济当量（kW/kvar）。

4.2 主要系数的计算

①变压器等效初始费用（CI）：变压器的等效初始费用包括设备价格、运输、安全等费用，其中变压器的设备价格为主要费用。

②损耗等效初费用（A、B系数）：变压器的单位空载损耗等效初始费用（简称A系数）主要与电价有关；变压器的单位负载损耗等效初始费用（简称B系数）除与电价有关外，还与变压器所带负荷的负载特征有关。

4.3 变压器容量选择模型

设Pj为车站变电所低压母线的计算功率（kW），cos？渍为变压器低压母线的功率因数，？茁为车站两台变压器的负载率。

以给定的车站计算负荷为例，直观地分析了配电变压器的总拥有费用随着变压器的负载率？茁的变化关系，如图3所示。在给定的计算功率的Pj条件下，必然存在一个使得配电变压器的总拥有费用TOCEFC达到最低的最佳负载率？茁L；变压器负载率的偏高和偏低，都会使变压器的总拥有费用增加。

在变压器的等效初始费用一定的条件下，基于全寿命周期成本的配电变压器的最佳负载率？茁L与其等效损耗初始费用（A系数和B系数）的相对取值密切相关。年最大负载损耗时间tmax直接影响着变压器的最佳负载率？茁L的取值，即地铁车站的日负荷特性直接影响着其最佳负载率？茁L在给定的tmax下，变压器的最佳负载率？茁L基本为一常数。

5 结 语

地铁车站配电变压器宜按照负载率60%～70%初步选择变压器的额定容量，同时依据各变电所的一、二级负荷进行校正。

参考文献：

[1] 周鹗.电机学[M].北京：水利电力出版社，1995.