轨道交通供电主变电所设计要点

黄世宇

关键词：城市轨道交通；供电系统；设计

一、城市轨道交通供电系统

随着城市经济的快速发展，城市中常住人口数量以及流动人口数量开始快速增加。此类现状下，交通压力也面临越来越多的问题。如何改善交通问题，建设轨道交通系统则为主要的发展途径之一。在城市轨道交通中，供电系统是重要的基础，因而在建设时必须给予充分的重视。我国经济和交通的繁荣发展，使得我国的供电系统设计方案和施工技术都获得了快速发展，供电系统理论、设计方案等都更加合理，对轨道交通设计也产生了积极的促进作用。但是当前很多的方法只适合轨道交通供电系统的初步规划和方案设计。在探索城市轨道交通工程建设的前期准备和深入设计中，结合轨道交通供电系统进行分析，深入了解和归纳供电系统设计方法，力求设计方法更合理，可以很好地完成当前轨道交通供电系统设计的前期准备和设计工作。

二、城市轨道交通供配电节能设计

（一）准备阶段的主要任务

在轨道交通的设计前期，也就是编制轨道交通工程可行性研究报告中，对项目的可行性和必要性展开研究。供电系统设计在规划初期是重要部分，供电系统设计的最初目标是要预计和估算完整的轨道交通用电负荷需求，随后结合相应的技术方法和经济两方面，找出最科学合理的电源实施方案和系统设计方案，将其作为供电系统设计的根本性依据，并且大致推算出供电系统的工程预算。

建设轨道交通前期，供电系统设计基本上被分成下面几个类型：外部电源和主变电所方案、中压环网电压等级和主接线方案、牵引供电制式和牵引网、全线降压变电。就当前的轨道交通发展情况来看，按照供电系统的不同环节实行分项评估及预算，在整个工程可行性研究阶段，无需全部列出工程量清单，主要是列出主变、电缆、牵引变电等工程。

（二）用电负荷估算

对垒车的车辆的牵引负荷以及系统的设计运输能力进行估算，得到的牵引的负荷的年用电量的计算公式为：

G为单列机车的总重，N为日发车对数，T为年运行365天。L为机车运行里程。

不同的列车的运行线路包含了列车的牵引用电和辅助设备的用电，参考了既有线路运行的经验，将数据进行测试和积累，得到了关于列车的牵引设备用电设备的取值。

对动力照明符合的年用电量的计算，关于车站的动力负荷和照明负荷的低压电力的负荷，包含了通信、信号、监控等动力负荷数值，包括通风、排水、扶梯、AFC等。车站的公共其余的照明和附属的用房的照明在设计上根据运营的高峰和非高峰的实践，将灯具的数量进行了选择，开启后，办公管理房建的照明基本全部进入工作状态，设备房建中的照明没有开启。专业的电源以最大运行的状态进入了运行的前期阶段，达到了满载，设备的启动时间和运行错开后，设备的工况模式进入了一个合理的系数状态，能够将全线的年需要用电量的合理系数进行估算，从而能够将配电变压器的容量加以选择。

（三）中压电缆的网络部署

中压电缆的网络部署也就是将主变电所和降压变电所加以横向和纵向的连接，形成全线的变电所的牵引和联系，起到了电能的分配和传输的作用。电压等级构成的形式和属性包含了多种电压等级，如10、20、33、35kV的电压等级。技术经济综合比较的内容包括了系统的走向，线路的方案，站点的电力供应等。以此为来选择适合的电压等级。

（四）动力照明系统

城市轨道交通供电系统，一般情况下指的是地铁工程或有轨电车工程。当前在具体运行的过程中，地铁工程在建设设计的过程中，存在大量的隧道工程。为了确保列车的安全运行，并且保障乘客安全乘车。各车站区域内，设立了大量的照明供电系统。整体分析当前在实际运行的过程中，动力照明系统的设计应用，为城市轨道交通供电系统设计中，主要的应用内容之一。具体分析当前城市轨道交通工程项目，电力设备配备过高的现状较多。此类现状下，为了合理的应用电力设备，并且促进电能的合理应用。关于闲置电力设备或未完全应用的电力设备，可通过与给排水系统，以及通风系统进行关联。以此促进电力设备的合理应用，达到节约成本与减少电能损耗。

（五）主变电所选址

主变电所位置选择满足安全可靠性要求，靠近负荷中心，邻近轨道交通线路布置，满足中压网络线路压降、线路损耗等经济技术指标要求。主变电所选址靠近城市电源变电站、多条线路换乘车站附近且交通方便的位置，减少高压电力线路建设费用，方便设备运输和电力线路进出，减少中压线路建设费用，方便中压电缆接入。

主变电所选址应在满足地铁供电系统安全可靠运行的前提下尽量减少主变电所设置的数量，实现多条线路的共享，减少对城市土地资源和能源的消耗。

（六）降压变电所设计

（1）降压变电所选址

根据车站类型、规模及负荷情况，降压变电所的位置应尽量靠近负荷中心且便于设备运输，因此车站的变电所应尽量设在站台层。根据车站规模考虑设置一座或两座降压变电所，当设置两座降压变电所时，其中一座为降压变电所，另一座为跟随式变电所。车辆段及综合基地，根据实际需要设置降压变电所。

在有牵引变电所的车站和场段，应将降压变电所与牵引变电所合建为牵引降压混合变电所。

（2）配电变压器容量选择

随着科学技术及生产水平的不断发展，动力配电用的干式变压器空载损耗已经很小，变压器的最佳效率范围已增大，以某厂生产的环氧树脂绝缘1250kVA变压器为例，空载损耗为2.16kW，负载损耗为10.01kW，如功率因数按0.9考虑，根据此参数计算，负荷率在40%～100%间时，效率均在89%以上。在动力变压器的容量选择时，在考虑最佳负荷率的同时，建议以变压器容量满足各种运行方式下的用电量要求为原则，即变压器容量满足以下条件。

在正常运行状态下向本供电范围内的全部用电负荷供电；单台变压器解列时，另一台变压器满足本供电范围内全部同时工作的一、二级负荷的用电要求。用单台变压器运行时的负荷计算值确定变压器的容量，以两台变压器同时运行时的负荷计算值进行校核。

（3）使用全寿命周期成本法选择变压器

目前，大多数国内变压器用户在选择变压器时，只注重初期投资，而对变压器使用寿命期内空载损耗、负载损耗不在乎，即对设备全寿命周期成本关心不够。这造成了变压器使用过程中损耗较大，进而带来运营成本的增加。变压器选择损耗小、初始价格高的变压器虽然一次投资高，但从全寿命周期角度，总的投资较低，因此宜采用低损耗变压器以降低损耗。

非晶合金变压器由于其空载损耗特别低，具有很好的节能效果，但由于其成本较高，可以选择适当场合进行应用。在变压器选择时，推荐采用SC（B）13系列以上低损耗节能变压器。

三、结语

总之，城市轨道交通是新型的便捷交通工具，在城市的发展中逐渐成为城市交通中的重要组成部分，轨道交通供电系统是交通运行的重要动力来源，必须得到重视。

参考文献：

[1]吴家森.城市轨道交通供电系统智能化探索与应用[J].科技风,2019,第26期