地铁动力照明系统变压器经济负荷率与配电变压器的容量分析

陈雨路

(中铁武汉勘察设计研究院有限公司,湖北武汉 430074)

地铁动力照明系统变压器经济负荷率与配电变压器的容量分析

陈雨路

(中铁武汉勘察设计研究院有限公司,湖北武汉 430074)

随着国家经济的发展,科学技术也在增速发展,并不断的深入到社会各个领域内,尤其是地铁产业的发展。在社会与国家不断发展境遇下,地铁动力照明系统社会的广泛关注,其中存在变压器利用率不高的问题,本文以此为出发点,利用专业手段与方法,对地铁动力照明系统变压器经济负荷率与配电变压器的容量进行初步分析,以期通过该研究推动我国经济发展速度。

地铁 动力照明系统 变压器 负荷率

目前地铁车辆段的动力及照明变压器设计，普遍存在选择不合理、“大马拉小车”(变压器的设计容量大于实际用电负荷容量)的问题，占用了宝贵电能资源，造成变压器经济利用率低，浪费了大量电能。因此，我们在武汉地铁4号线青山车辆段与维修基地的供电设计中，针对变压器利用率不高的问题，成立了“地铁车辆段低压配电设计QC小组”，就如何“提高地铁车辆段动力照明变压器的经济利用率”作为攻关课题，开展活动。

1 研究概述

1.1 定义解释

地铁车辆段：是地铁车辆停放、检查、整备、运用和修理的管理中心所在地。

变压器的经济利用率：在选择性能好和最佳组合参数的变压器运行方式下，其效率最高[1]。

同时系数：配电设计的一种计算方法，计算时将不同用电设备、不同用电单元等乘以相应系数，作为选择变压器容量的重要依据。

需要系数： 配电设计的一种计算方法，计算时用电设备按工作类别分组乘以对应的需要系数，可直接得出计算结果。

1.2 选题背景

从节能减排出发，目前该领域中所应用的技术既有变压器的利用率不高，“大马拉小车”的现象普遍存在；从技术条件出发，其中的问题集中表现在，车辆段内动力设备繁多，动力设备设计取值偏大，动力负荷分布不均，用电量峰值与谷值差别较大；从现场状况出发，在地铁中变压器利用率普遍仅为70%左右，因此，综合多方面的因素，应该以提高动力照明变压器的经济利用率为出发点进行技术分析与改进。

表1 现有车辆段变压器设置表

2 地铁动力照明系统分析

针对地铁车辆段变压器利用率不高的问题，为掌握影响计算变压器最佳经济利用率的因素，我们对广州地铁下窖车辆段、新造车辆段、西郎车辆段、鱼珠车辆段及北京太平庄车辆段、四惠车辆段的动力与照明系统设计进行了调查，各所的变压器装机容量及负荷率如表1、图1。

表2 设备部件系数分析

表3

从表1中可以看出：变压器平均利用率仅接近71.9%。最高的75.0%，最低的仅69.1%，各车辆段变电所的变压器负荷率不一样。而准确计算变压器最佳经济容量，是一个与诸多因素有关的复杂问题。诸如负载的大小、状态、性质、变压器的过载能力、制造厂家的工艺水平、材料、甚至南北方地区差异性等等。为简化计算，工程设计中，计算时将不同用电设备、按不同用电单元、工作类别等乘以相应系数，即“同时系数”和“需要系数”作为选择变压器容量的依据，而这二个系数的选取，直接决定变压器的容量和利用率的高低。

“需要系数”计算时，只要将用电设备负荷按工作类别分组统计，乘以对应的需要系数，可直接得出计算结果，比较简单[2]。

“同时系数”计算比较复杂，我们查阅了下窖等6个地铁车辆段同时系数的取值，见表2。在设计过程中考虑的出发点和要求不同时，选择的容量大小也会产生差异。

“同时系数”平均取值为0.88，最大取值为0.9，最小取值为0.86。

由于地铁车辆段动力设备种类繁多、负载容量大、位置分散、设备工作和停用时间各不相同、“同时系数”选取一般按手册给定的0.8-0.9的范围选取，为留有设计余量，设计通常选取最高值0.9附近，随意性比较强，因此车辆段变压器经济利用率普遍偏低。

为了科学合理的选取“同时系数”，小组对武汉地铁4号线青山车辆段与维修基地工艺专业已提供的动力负荷资料进行了统计、归类及分析。

3 具体方案实施

第一，对同类型不同型号设备分类统计。

由于动力系统设备分散，总类繁多，使用时间、使用要求、功率因数都不一样，为了方便同时系数选择，以检修主厂房为例，对对同类型不同型号设备使用情况进行了分类[3]。

第二，对同类型不同型号设备分析其使用时间，确定同时系数，见表2。

上表可以看出：同样是焊接设备，分单头直焊机、多头直焊机、整流弧焊机、CO2自动焊机等。这些焊机在不同的场所和时间段使用，小组通过技术分析，并对已营运的检修主厂房进行调查，我们发现，同为焊接设备单头直焊机与多头直焊机的需要系数是不一样的，单头直焊机的需要系数0.35，多头直焊机的需要系数是0.7，等等。这就要求对不同设备的同时系数再细化。

按上表参数计算如下：

动力设备第一次优化设计后计算功率为：

Pij1=0.35Ph1+0.7Ph2+0.5Ph3+0.7Ph4+0.3PK1+0.2PK2+ 0.6Pd1+0.8Pd2+0.7Pq1+0.7Pq2+0.7Pj1+0.7Pj2+0.25Pj3+0.25Pj4+ 0.2Pt1+0.7Pt1+0.4Pc1+0.8Pc2+0.5Pc3=2662.8KW

Pe为：3151.25KW。(优化前检修主厂房统计功率)

优化后的同时系数取值Kc=Pij1/Pe=2662.8/3151.25=0.845

达到“力争使同时系数取值降到0.85以下”的目标。

第三，对不同类型设备分类统计，对设备使用情况进行分类，分为连续运行设备与间断运行设备。

第四，对不同类型设备分析其使用时间，确定同时系数，见表3。

按上表参数计算如下：

动力设备第二次优化设计后动力设备计算功率为

Pij2=0.9P1+0.9P2+1P3+17P4+0.6P5+0.25P6+0.76P7+0.2P8+ 0.4P9+0.7P10+0.6P11=2263.4KW

优化后的同时系数取值Kc=Pij2/Pe=2263.4/3151.25=0.75

变压器利用率n=Pij总/4850=78%。

达到“力争使同时系数取值降到0.83以下。使变压器处于经济合理运行的最佳值，利用率达到75%”的目标。

4 结语

通过开展QC小组活动，增强了质量意识，运用QC工具，抓住主要因素，并针对要因制定切实可行的对策措施，提高了设计质量，培养了设计人才。在设计工作中采用QC方法，能充分体现QC体系的科学性和严密性，变过去的个人攻关为集体攻关，达到创新设计的目的。

[1]何治新.提高城市轨道交通车站配电变压器负荷率措施[J].建筑电气,2013,16(21):122-128．

[2]王绍勇.地铁车站配电变压器经济容量选择[J].都市快轨交通, 2011,12(22):85-87.

[3]陈禄.按变压器经济负荷率选择配电变压器的容量[J].黑龙江电力技术,2012,16(2):16-20．