地铁车站活塞风机启动电压暂降研究

邵明瑞

（中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津300000）

1 基本概念

依照《工业与民用配电设计手册》（第四版）中的相关规定，电压暂降一般为电机在启动前的电压均方根值U，与电机启动后所产生的电压均方根值Ust的相差值【1】。

用系统标称电压Un的百分数表示，如式（1）所示：

式中，ΔUst为电动机启动时的电压降，%。

电动机启动时电压Ust以系统标称电压Un的百分数表示为式（2）：

2 电压暂降的计算

地铁活塞风机由于功率较大，因此启动方式采用软启动，计算电路见图1。

图1 计算电路

假设网络标称电压与电机在运行之前的母线电压相等，依照《工业与民用配电设计手册》（第四版）中的相关内容得出如下计算公式：

启动后所产生的回路额定输入容量见式（3）：

式中，SstM为电机额定启动容量，V·A；X1为交联聚乙烯电缆的线路电抗，单位长度电抗值为0.09Ω/km；Um为母线标称电压，kV，Um=Un。

母线电压相对值计算见式（4）：

式中，Skm为母线短路容量，kV·A；Qfh为预接负荷的无功功率，kV·A；Sst为电动机启动时启动回路的额定输入容量，kV·A。电动机端子电压相对值见式（5）：

式中，Ustm为母线电压相对值，V。

启动电流见式（6）：

3 计算示例

以南京地铁某站为例，该站总长达493m。该车站的降压所设置在车站站厅的左侧，同时，在站厅的两端均进行了环控电控室的设置，其目的是为了更好地提供车站环控负荷电源，车站右侧距变电所大概300m 的位置设置有活塞风机。依照现有已知条件，对风机启动时所产生的环控电控室母线、变电所母线其电压降进行计算，检验其结果是否与相关规范要求相符。现有的已知条件主要为以下几点：

1）变压器的容量为SrT=1 250kV·A；一次侧短路容量为Sk=250 000kV·A；电抗相对值为XT=0.06；400V 开关柜母排长度L1按照15m 考虑；由400V 开关柜至环控电控柜敷设电缆总长L2约为285m；环控电控柜至软起柜再到风机敷设电缆长度L3约为55m。

2） 活塞风机额定功率PrM=0.09MW；额定电流IrM=0.171kA。

3）活塞风机启动电流根据用户需求书要求，启动电流不应大于额定电流的4 倍，启动时间≤15s，在进行计算的过程中，可以将最大倍数作为基础，因此，其启动电流为Ist=4IrM=0.684kA；而环控电控柜母线所附带的其他符合值为Pfh2=99kW。

如图2 所示为活塞风机配电系统。

图2 活塞风机配电系统

3.1 基础计算

依照现有的已知条件，对线路的二次侧短路容量、线路阻抗等进行计算、选择导线截面。

以下量的符号及含义参见参考文献【1】中表6.5.4。

2）变压器二次侧铜母排截面的选择和阻抗的计算；

依照其额定计算电流，变压器二次侧铜母线的载流量不可小于额定电流。计算低压柜铜母排规格为[3×（125×10）+（80×8）+（80×6）]mm2。依据《工业与民用供配电设计手册》（第四版）可知，单位长度电阻值为0.000 022Ω/m，单位长度感抗值为0.000 147Ω/m，故：

3）由变压器二次侧出线至环控电控柜的电缆L2的阻抗计算：

依照其负荷容量，电缆截面为双拼（3×185+2×95）mm2。依据《工业与民用配电设计手册》（第四版）可知，单位长度电阻值为0.000 11Ω/m，单位长度感抗值为0.000 069Ω/m，故：

4）由环控电控柜至活塞风机的电缆L3的阻抗计算：

依照其负荷容量，如果正常运行电压损失情况、载流量情况均满足相应的要求，电缆L3截面为（3×185+2×95）mm2。依据《工业与民用供配电设计手册》（第四版）可知，单位长度电阻值为0.000 11Ω/m，单位长度感抗值为0.000 069Ω/m，故：

5）同一环控柜母线上，其他负荷的有功、视在、无功功率计算：

6）活塞风机启动视在功率、启动容量计算：

7）变压器二次侧铜母线上其他负荷的视在功率、无功功率计算：

根据动力照明负荷统计表，变压器负载率β 为0.82，功率因数cosφ 在补偿后为0.9，故：

8）变压器二次侧铜母线上短路容量计算：

3.2 活塞风机启动压降计算

根据活塞风机配电系统图2 所示，可以计算出风机启动时的电压降。

1）活塞风机启动时环控柜处的输入容量：Sst3=440kV·A；

2）活塞风机启动时环控柜处计算其他负荷的无功功率后，回路的输入容量：Sst2=Sst3+Qfh2=514.6kV·A；

3） 活塞风机启动时变电所处回路的输入容量：Sst=482.8kV·A；

4）活塞风机启动时变电所母线的电压相对值（%）、电压值：ustm1=97.62%、Ustm1=ustm1Um=0.9762×0.38=0.37kV。

5）活塞风机启动时环控柜母线处的电压相对值（%）、电压值：ustm2=91.58%、Ustm2=ustm2Um=0.9158×0.38=0.348kV。

6）活塞风机启动时风机端子处的电压相对值（%）、电压值：ustm=89.54%、Ustm=ustmUm=0.8954×0.38=0.34kV。

由于环控电控柜母线处均为接风机，未接照明负荷等，活塞风机启动时环控柜母线处计算电压为额定电压的91.58%。满足GB 50055—2011《通用用电设备配电设计规范》中第

2.2.1 条，配电母线上未接照明或其他对电压波动较敏感的负荷，不应低于额定电压的80%的要求【2】。

变电所母线处接有照明等敏感负荷等，活塞风机启动时变电所母线处计算电压为额定电压的97.62%。满足GB 50055—2011《通用用电设备配电设计规范》中第2.2.1 条，配电母线上接有照明或其他对电压波动较敏感的复核，电动机不频繁启动时，不宜低于额定电压的85%的要求。

综上所述，本站活塞风机启动时电压暂降值满足规范要求，校验通过。

通过校验可以看出，如果活塞风机起动电压暂降不满足规范要求时，可以采取的措施包括：增大电缆截面积以减小线路阻抗、提高变电所功率因数、就近设置跟随所或者环控电控室等，用来减小电压暂降值，使之能满足风机启动要求。

4 结语

在城市轨道交通电气设计中，大功率电动机启动时的电压暂降计算是电气设计的重要组成部分，这不仅关系建筑专业对于变电所以及环控电控室的布置方案，也关系到整个系统能否安全合理地运行。