城轨供电系统课程设计

城市轨道交通供电系统课程设计

专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师：

2012 年 7月 20日

指导教师评语

平时（30）

报告（30）

修改（40）

总成绩

1设计原始资料

1.1具体题目

某地铁控制中心设备负荷表如表1所示。试计算该控制中心的配电变压器容量。

表1 某地铁控制中心负荷分布情况表

负荷类型序号负荷种类额定功率(kW) 需要系数功率因数

1 弱电设备156 0.80 0.85

2 环控通风、给水设备700 0.70 0.90

3 事故照明30 0.60 0.80

一 4 自动扶梯285 0.60 0.60

二 5 行调、环调、电调125 0.70 0.80

级 6 应急照明60 1.00 0.80

负7 屏蔽门、消防系统100 0.65 0.80

荷8 稳压泵、喷淋泵183 0.60 0.80

9 电力监控系统50 0.70 0.90

10 防灾报警系统50 0.70 0.70

11 EMCS、监控中心30 0.60 0.80

12 控制中心照明300 0.70 0.80

13 空调设备、电开关器350 0.60 0.85

三级负荷14 冷水机系统315 0.90 0.90

15 维修设备100 0.60 0.80

1.2计算意义

目前在国内一些已建成市轨道交通线路中，存在配电变压器容量选择偏大的现象。造成配电变压器容量选择过大的主要原因是：动力照明专业向供电专业提供的低压用电负荷不准确、余量大，同时供电专业对末端机电设备的运行工况不够了解，动力照明专业与供电专业相互配合不足等。对于配电变压器的容量，应充分考虑用电负荷的设备构

成与运行工况，优化计算统计方法，合理进行选择，以达到投资合理、运行效率高、电能损耗小、运行费用低的目的。

1.3计算内容

配电变压器容量计算需要计算以下内容：

(1) 各低压负荷的计算电流、计算功率、无功功率、视在功率，总负荷的计算功率、无功功率、视在功率。

(2) 补偿前的总功率因数、需要补偿的无功功率容量、补偿后的视在功率。

(3) 正常情况下两台配电变压器分列运行承担全部低压负荷时，每台配电变压器的负载率。

(4) 非正常情况下一台配电变压器承担全部一、二级低压负荷时，单台配电变压器的负载率。

1.4 确定设备功率

进行负荷计算时，需将用电设备按其性质分为不同的用电设备组，然后确定设备功率。用电设备的额定功率P r 或额定容量S r 是指铭牌上标明的数据。对于不同负载持续率下的额定功率或额定容量，应换算到统一负载持续率下的有功功率，即设备功率P e。

(1) 连续工作制电动机的设备功率等于额定功率。

(2) 短时或周期工作制电动机的设备功率是指将额定功率换算为统一负载持续率下的有功功率。

(3) 整流器的设备功率是指额定直流功率。

(4) 成组用电设备的设备功率是指不包括备用设备在内的所有单个用电设备的设备功率之和。

(5) 白炽灯的设备功率为灯泡的额定功率。气体放电灯的设备功率为灯管额定功率加上镇流器的功率损耗。

2配电变压器容量的计算

2.1计算方法

负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法、单位面积功率法等几种。

(1) 需要系数法：用设备功率乘以需要系数和同事系数，直接求出计算负荷。这种

方法比较简便，应用广泛，尤其适合于配、变电所的负荷计算。

(2) 利用系数法：采用利用系数求出最大负荷班的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷。这种方法的理论根据是概率论和数理统计，因而计算结果比较接近实际。适用于各种范围的负荷计算，但计算过程稍繁。

(3) 单位面积功率法：估算或按照某一指标计算单位面积的功率，乘以总面积。此种方法误差较大，适用于方案阶段或初步设计阶段的负荷计算。

(4) 除以上方法外，还有二项式法以及ABC 法。

2.2计算公式

(1) 额定功率的计算： φβc o s

js

N P S =

(2.1)

S N —配电变压器的额定功率，kW.A ；

P js —总计算负荷，kW ；

β—变压器的实际负载系数；

φcos —补偿后的平均功率因数。

(2) 计算容量的计算： P K K P x x p js ∑= (2.2)

P js —总计算负荷，kW ；

P x —用电设备组的设备容量，kW ； K x —需要系数；

K p —变电所的有功同时系数。

(3) 单台配电变压器正常运行时： 有功功率：

e X js P K P ?= (2.3)

无功功率：

?tan ?=P Q (2.4)

视在功率：

22Q P S += (2.5)

计算电流：

N

3U S I =

(2.6)

(4) 多台配电变压器运行时：

i P K P ∑=∑ (2.7)

式中，∑K 为X K 的总和；i P ∑为有功功率P 的总和。

i Q K Q ∑=∑ (2.8)

式中，∑K 为X K 的总和；i Q ∑为无功功率Q 的总和。 (5) 补偿容量：

)tan (tan 21??-?=P Q C (2.9)

式中，1?为补偿前的功率因数；2?为补偿后的功率因数。 (6) 负荷计算时还要考虑以下几点问题：

① 同时系数。对于不同时使用的设备该设备容量不应重复计算。

② 季节性负荷。对于季节性负荷，应充分考虑与该设备的运行工况，避免重复计算。比如地铁中的冷水机组和电伴热设备。冷水机组为夏季制冷时使用，而电伴热设备为冬季时为保护设备管线等使用，两种设备容量不应累计。

③ 消防设备。当消防设备的计算负荷大于火灾时切除的非消防设备的计算负荷时，应按消防设备的计算负荷加上火灾时未切除的非消防设备的计算负荷进行计算。当消防设备的计算负荷小于火灾时切除的非消防设备的计算负荷时，可不计入消防负荷。

2.3计算结果

将表1的数据代入以上公式得到的计算结果如表2所示。

表2 控制中心配电变压器容量计算表

负荷种类额定功

率(kW)

需要

系数

功率

因数

有功功

率（kW）

计算电

流

(A)

(kvar) (kV·A)

弱电设备156 0.80 0.85 124.8 23.7 77.3 146.8 环控通风、给水设备700 0.70 0.90 490 1063.5 237.3 544.4 事故照明30 0.60 0.80 18 45.6 13.5 22.5 自动扶梯285 0.60 0.60 171 433 228 285 行调、环调、电调125 0.70 0.80 87.5 189.9 65.6 109.4 应急照明60 1.00 0.80 60 114 45 75 屏蔽门、消防系统100 0.65 0.80 65 75.4 48.75 81.25 稳压泵、喷淋泵183 0.60 0.80 109.8 278.1 82.35 137.3 电力监控系统50 0.70 0.90 35 75.9 16.95 38.9 防灾报警系统50 0.70 0.70 35 75.9 35.7 50 EMCS、监控中心30 0.60 0.80 18 45.6 13.5 22.5 控制中心照明300 0.70 0.80 210 455.8 157.5 262.5 空调设备、电开关器350 0.60 0.85 210 531.8 130.1 247.2 冷水机系统315 0.90 0.90 283.5 478.6 137.3 315 维修设备100 0.60 0.80 60 151.9 45 75 负荷总容量2834 1677.6 1333.8 2412.6 补偿前总功率因数

?

cos

0.78

补偿容量512.4

补偿后总功率因数

?

cos

0.9

补偿后总容量1677.6 812.5 1864 单台变压器运行时

的负载率

0.92

3设计的评价

配电变压器的容量需要在动力照明低压负荷齐全的基础上进行计算。在城市轨道交通车站、车辆段或控制中心，动力照明设备种类繁多，基本上不存在各机电设备同时工作的可能，而且各单种机电设备的多台设备也不会同时工作。因此，配电变压器容量不能简单地将各低压负荷容量进行叠加求得，而是应充分考虑城市轨道交通车站、车辆段或控制中心内各种动力照明设备的运行特点，在考虑多台设备需要系数的基础上，对各低压负荷的不同运行方式下取同时系数后求得。

变压器的铁损不随负荷变化，而铜损则与通过电流的平方成正比。在变压器运行中，我们通常以空载损耗和负载损耗作为衡量变压器损耗的两个重要参数。变压器制造厂设计时负载率低于30% 的负载或轻载时变压器经济性最差。50%的负载率不是节能的最佳状态。考虑到初装费、变压器、低压柜、土建投资及各项运行费用，又考虑变压器在使用期间内预留适当的容量，变压器负载率在70%~80%之间较为合理，这样既充分利用了变压器又减少了其他投资。因此，我们在以后的变压器负荷计算中，应充分考虑变压器负荷率的问题，了解各用电设备的各种工况，对需要系数、同时系数、功率因数的选取要尽量贴和实际，各用电专业在提用电需求时也应以满足功能需求为基础，不要预留太多容量。

参考文献

[1] 于松伟,杨兴山,韩连祥等.城市轨道交通供电系统设计原理及应用[M].第一版.成都:西南交通大学出版社,2008年6月.

[2] 徐贤敏,王季祥,高继森.电路理论基础[M].第一版.兰州:兰州大学出版社，1996年4月.

[3] 沈文杰.地铁配电变压器的负荷计算.电气技术,2010年.第2期.