轨道交通低压配电负荷能力的研究

李雪冬

（安徽省综合交通研究院，安徽 合肥230088）

现阶段城市轨道交通系统中，地铁线路中站房内部的低压配电装备系统是一类重要的轨道交通方面的基本设施，同时也是地铁线路中电力装置系统最末端的应用环节，该系统在规划设计的过程中有关参数的准确性和上游的供电系统是否具有较高的设计科学性存在直接的联系，轨道交通系统运行期间的平稳性及安全性直接关系到旅客的乘车体验及相关城市的整体形象。其中低压电路配电系统装置的用电负荷研究工作是一类重要的基础性任务，关乎系统规划设计任务的合理性及准确性，对于项目工程的造价及品质有重要的影响。现阶段，国内电气领域的相关设计人员通常采用的用电负荷计算办法是系统需要的系数法，假如系统需要的系数不能合理选取，将会导致各个级别的断路装置及相关线缆的选择裕量过大、造成变压器的日常利用效率偏低，在轨道交通系统运营过程中增加不必要的成本支出。

1 轨道交通系统研究现状

有关学者通过研究地铁线路中站房内部低压配电装备系统中空调系统的用电负荷相关的制约要素，归纳总结了工程项目初期规划设计期间相关系统用电负荷的计算公式。有关学者还以游艇作为相关研究目标，研究了相关需要系数在系统用电负荷计算过程中取值的有关经验。其他学者以直流配电设备系统作为应用背景，设立了系统电压的评估计算模型，研究了制约系统电压量级的核心需要，为直流配电装置系统的规划设计过程提供了具有现实意义的参考依据。另有学者配合某城市的轨道交通系统相关装置的运营特性，研究了当地轨道交通系统的地铁装备运行需要系数的经验数值，然而缺少对该需要系数数值制约要素的深入研究，取值工作的灵活性相对较差。还有学者以某地轨道交通系统的地铁列车运营系统作为研究目标，研究了制约其需要系数数值的各类要素，而且指出变压器额定容量的评定必须考虑开启功率相对较大的风机。不过在考虑相关变压器额定容量的过程中没有制约系统运行经济性指标的损耗[1]。

本文的主要研究目标为地铁系统站房内负责照明的用电负荷、泵类及电动扶梯等设备的用电负荷、弱电以及通信设备等的用电负荷，配合了某地轨道交通系统中地铁线路的相关装备平时在运营过程中的实际负荷用电量，对需要系数的原理参数值与实际参数值实施比对，研究了相关制约要素，并且指出地铁系统站房内降压变压器额定功率的确定必须结合考察负载率及损耗率，后期对所有种类负载的需要系数与变压器负载率提出了理论值。能够为相同类型低压供电项目工程规划设计提供有价值的参考及技术依据。地铁站房供电系统如图1所示。

图1 地铁站房供电系统

2 轨道交通系统低压负载归类研究

地铁系统站房负载依照关键程度可以分成1级、2级、3级负载。其中1级负载通常是双母线模式配电，一条为主要线路、一条为备用线路。2级负载能够被1级负载电源系统进行配电，3级负载能够被2级负载电源系统进行配电，其中某一路电源系统出现故障时，断开3级负载。地铁系统站房用电负载通常为1级负载及2级负载。地铁系统站房负载依据类型能够分成三种，即为动力总成负载、照明装置负载及系统综合负载[2]。

3 地铁系统负载研究

地铁系统站房低压供电装置系统负载核算通常使用需要系数方法。第一步是把供电主干线路区域内的用电装置依照相关类别实施归类，由相关用电装置构成的系统额定功率除以需要系数获得各个装置的最大净功率。第二步是将额定功率总和除以同时系数获得供电主干线路的计算负载。第三步将供电主干线路的计算负载总和除以同时系数获得变电站的计算负载。本文以照明装置负载、泵类动力总成负载、电动扶梯类动力总成负载及某些弱电系统负载为分析目标，针对某地铁线路的相关数据实施了随机性采集调查。

3.1 地铁系统照明装置负载

地铁系统站房照明装置负载实际测量数值和该装备额定总量比值区间在（0.35～0.55）间，和初期规划设计时期需要系数数值差异较大，其重要因素是实际测量数值取值时间是白天，照明装置没有全部开启，因此实际产生的照明装置负载较小。除此以外，通常相关地铁工程技术人员在规划设计时期，低压供电领域（低于430V）和供配电专业（430V～45kV）通常在资料交换时，没能综合考虑，基于相关地铁工程技术人员的规划习惯，下游行业提供资源取值比较保守，也就是说实际装置的额定容量有可能远远小于设计手册中规定的参考值。所以，在选定降变装置额定容量时，基于实际测量数值，结合下游领域有关照明装置相关负载提供资源的重要性，及相关照明装置在地铁系统站房中使用的广泛性及重要意义，并且依据《工业及民用供电设计技术标准》中的大型商业建筑物照明装置需要系数，可依照（0.85～0.95）区间取值[3]。地铁系统照明装置如图2所示。

图2 地铁系统照明装置

3.2 地铁系统泵类动力总成负载

消防水泵及废水水泵都属于消防系统相关负载，日常处于关闭状态，平日不能获得相关装置实际测量数值，并且只能在火灾发生时才运行的装备不需要归入设备总额定功率，因此在变压器额定容量核算过程中不需要累计，相关装置的需要系数取值建议参照雨水水泵的需要系数。依照“雨水水泵”负载线路的实际测量数值能够得出，水泵类负载的需要系数按照0.85取值是比较科学合理的。

3.3 地铁系统电动扶梯类动力总成负载

现场实际测量数值和相关装置额定容量的比值与规划设计需要系数的取值对比可能较小，其主要原因是该地铁车站是标准型车站，不是换乘型枢纽车站，并且此次现场数据收集工作进行的时间不是早晚高峰期，因此客流量较少、电动扶梯实际运行时间较短，所以现场实际测量负载数偏小[4]。所以，电动扶梯相关负载在规划设计过程中需要全方位考虑相关地铁车站的客流量，依据此类用电负载的特性，电动扶梯相关负载需要的系数在客流量很大的换乘型地铁车站可以选取0.85，在客流量较少的标准型地铁车站可以选取0.75。地铁系统电动扶梯如图3所示。

图3 地铁系统电动扶梯

3.4 地铁系统弱电网络负载

通讯系统负载是1级负载中比较关键的部分，一般分为三大通信服务商相关装备进行供电，此种负载受地铁站房外形、尺寸及客流量影响较小，整条线路完全相同，实际测量负载数值和相关装备额定容量比值不大，因为装备招标额定容量通常源于项目工程施工作业习惯，选取数值偏大，而且各种通讯系统装置真实容量总和可能会小很多，实际测量负载数值无法表达系统要求的最大负载，全方位考虑通讯相关装置负载的关键作用，通讯相关装置负载需要系数通常建议取保守值0.65。

4 地铁站房降压变压器额定容量选择原则

相关设计人员在确定下游各种类型装置组的计算容量后，需要考虑同时系数的取值，最终获得系统的计算容量，进而依据负载率选定科学的地铁系统站房降压变压装置的额定容量。地铁系统站房通常配备2台容量一致能够互相替换的备用变压器装置，降压变电站低压端的电气装置主线采用单一母线，且设置3级负载母线分段的操作模式。日常状态下母联断路装置处于断开状态，2部变压器装置一起运行；如果其中一台变压器装置正在检修或者其中一条电路的电源出现问题导致停电，母联断路器装置自行启动，断开3级负载母线部分，此时全站的1、2级负载由另一台变压器带动运行。所以，相关设计人员在选定单台变压器装置的额定容量时，必须让系统符合在断开某一台变压器装置时，其他变压器装置的额定容量（包括过负载能力）可以满足全站1、2级负载的需要。这样就要求特别注意对变压器装置额定容量进行计算时，不包含消防类负载，不过消防电梯属于例外。除此以外，对于不会同时工作的装置按比较大的数值考虑[5]。地铁系统站房降压变压器如图4所示。

图4 地铁系统站房降压变压器

5 结束语

综上所述，为了科学准确地定义地铁系统站房变压器额定容量及下级各种类型开关及电缆型号，在确保地铁工程品质的基础上，降低相关工程造价。本文以地铁系统照明装置负载、泵类负载、电动扶梯类负载、弱电体系负载为分析目标，通过研究地铁系统站房各种类型负载实际额定总容量与理论规划额定总容量间的关系，来了解地铁系统站房各种类型负载的特性，并且定义科学的需要系数。根据相关试验数据，照明装置负载需要系数可以依照（0.85～0.95）系数进行取值。泵类负载需要系数可以依照0.85进行取值。电动扶梯负载的需要系数在客流量非常大的地铁换乘车站可以依照0.85进行取值，在客流量较少的标准型地铁车站可以选取保守系数0.75。通讯类负载需要系数可以全部选取保守系数0.65。变压器额定总容量的负载率可以选取保守系数0.77。实际测量需要系数通常对比理论系数值要小一些，相关地铁工程技术人员在进行施工设计过程中，必须依据各类地铁站房的客流量需要、各种类型负载的特性、上下游领域提取资源的准确程度进行灵活选择。