李鯤鵬

摘 要：文章在分析地鐵車站日負(fù)荷特性和干式變壓器技術(shù)特性的基礎(chǔ)上，分別從變壓器的運(yùn)行成本和全壽命周期成本的角度，建立變壓器負(fù)載率數(shù)學(xué)模型，提出了地鐵車站配電變壓器的最佳負(fù)載率。

關(guān)鍵詞：變壓器；負(fù)載率；全壽命周期成本

中圖分類號(hào)：U231.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）23-0095-02

目前地鐵車站配電變壓器的安裝容量普遍較大，造成此現(xiàn)象的主要因素有：由于缺乏實(shí)際運(yùn)營(yíng)的經(jīng)驗(yàn)沒有充分認(rèn)識(shí)到地鐵車站負(fù)荷的特殊性，車站用電負(fù)荷的估計(jì)偏大，配電變壓器負(fù)載率的選擇過??；其中變壓器負(fù)載率的選擇是影響配電變壓器安裝容量的重要因素之一。因此，本文在分析地鐵車站日負(fù)荷特性的基礎(chǔ)上，從供電系統(tǒng)的運(yùn)行成本和全壽命周期成本的角度，分析配電變壓器的最優(yōu)負(fù)載率，合理地確定地鐵車站配電變壓器的安裝容量。

1 地鐵車站日負(fù)荷特性分析

一般而言，地下車站空調(diào)季節(jié)全新風(fēng)運(yùn)行模式時(shí)的計(jì)算負(fù)荷約為阻塞運(yùn)行模式時(shí)計(jì)算負(fù)荷的70%～80%。這與地下車站的規(guī)模、隧道通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置模式、供冷方式（集中供冷/分散供冷）等因素密切相關(guān)。根據(jù)地鐵的運(yùn)營(yíng)計(jì)劃，地鐵變壓器的日負(fù)荷明顯的分為高峰負(fù)荷和低谷負(fù)荷兩個(gè)階段，即0：00～5：30各車站均處于夜間停運(yùn)模式，僅有少量的應(yīng)急照明負(fù)荷、部分設(shè)備房間的小系統(tǒng)空調(diào)負(fù)荷和維修用電負(fù)荷；5：30～24：00進(jìn)入?yún)^(qū)間隧道通風(fēng)和白天的正常運(yùn)營(yíng)模式。其典型日負(fù)荷曲線，如圖1、圖2所示。

2 地鐵用配電變壓器技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性分析

2.1 干式電力變壓器的主要技術(shù)特性分析

2.2 地鐵用干式變壓器的運(yùn)行能耗分析

在分析變壓器的運(yùn)行能耗時(shí)，不僅要考慮變壓器本身的有功功率損耗，而且還應(yīng)計(jì)及無(wú)功功率對(duì)系統(tǒng)的影響。根據(jù)《工礦企業(yè)電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行導(dǎo)則》，對(duì)于地鐵供電系統(tǒng)無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量KQ可以取為0.02～0.04。

式中：CI為變壓器初始費(fèi)用（元）包括設(shè)備價(jià)格、運(yùn)輸、安全等費(fèi)用；A為單位空載損耗的等效初始費(fèi)用（單位為元/瓦）；B為單位負(fù)載損耗的等效初始費(fèi)用（單位為元/w）；P0為變壓器額定空載有功損耗（W）；PK為變壓器額定負(fù)載有功損耗（W）；UK%為變壓器額定阻抗電壓%；I0%為變壓器空載電流%；Se為變壓器額定容量（kVA）；KQ為無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量（kW/kvar）。

4.2 主要系數(shù)的計(jì)算

①變壓器等效初始費(fèi)用（CI）：變壓器的等效初始費(fèi)用包括設(shè)備價(jià)格、運(yùn)輸、安全等費(fèi)用，其中變壓器的設(shè)備價(jià)格為主要費(fèi)用。

②損耗等效初費(fèi)用（A、B系數(shù)）：變壓器的單位空載損耗等效初始費(fèi)用（簡(jiǎn)稱A系數(shù)）主要與電價(jià)有關(guān)；變壓器的單位負(fù)載損耗等效初始費(fèi)用（簡(jiǎn)稱B系數(shù)）除與電價(jià)有關(guān)外，還與變壓器所帶負(fù)荷的負(fù)載特征有關(guān)。

4.3 變壓器容量選擇模型

設(shè)Pj為車站變電所低壓母線的計(jì)算功率（kW），cos？漬為變壓器低壓母線的功率因數(shù)，？茁為車站兩臺(tái)變壓器的負(fù)載率。

以給定的車站計(jì)算負(fù)荷為例，直觀地分析了配電變壓器的總擁有費(fèi)用隨著變壓器的負(fù)載率？茁的變化關(guān)系，如圖3所示。在給定的計(jì)算功率的Pj條件下，必然存在一個(gè)使得配電變壓器的總擁有費(fèi)用TOCEFC達(dá)到最低的最佳負(fù)載率？茁L；變壓器負(fù)載率的偏高和偏低，都會(huì)使變壓器的總擁有費(fèi)用增加。

在變壓器的等效初始費(fèi)用一定的條件下，基于全壽命周期成本的配電變壓器的最佳負(fù)載率？茁L與其等效損耗初始費(fèi)用（A系數(shù)和B系數(shù)）的相對(duì)取值密切相關(guān)。年最大負(fù)載損耗時(shí)間tmax直接影響著變壓器的最佳負(fù)載率？茁L的取值，即地鐵車站的日負(fù)荷特性直接影響著其最佳負(fù)載率？茁L在給定的tmax下，變壓器的最佳負(fù)載率？茁L基本為一常數(shù)。

5 結(jié) 語(yǔ)

地鐵車站配電變壓器宜按照負(fù)載率60%～70%初步選擇變壓器的額定容量，同時(shí)依據(jù)各變電所的一、二級(jí)負(fù)荷進(jìn)行校正。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周鶚.電機(jī)學(xué)[M].北京：水利電力出版社，1995.