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[摘 要] 地铁车站低压用电负荷多，负荷类别复杂，在计算用电容量时要综合考虑负荷的同时系数和需要系数。根据车站变压器的运行方式，结合动照专业的低压负荷需求，对数据分析计算，合理确定用电负荷大小，选择合理容量的变压器。
[关键词]动力照明;低压负荷;变压器容量;需要系数
[中图分类号]TM421 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）01–0–02
Research on Capacity Calculation of Distribution
Transformer in Substation of Metro Station
Yu Ping，Li Zheng-guo，Yan Li-na
[Abstract]There are many low-voltage power loads in metro stations， and the load categories are complex. The simultaneous coefficient and demand factor of load should be considered comprehensively when calculating the power consumption capacity. According to the operation mode of station transformer， combined with the low-voltage load demand of dynamic lighting specialty， the data is analyzed and calculated to reasonably determine the power load and select the transformer with reasonable capacity.
[Keywords]power lighting; low voltage load; transformer capacity; demand factor
1 配電变压器容量的选择原则
针对地铁低压用电负荷的特殊性，目前国内一些机构或设计院对其特性进行了研究，但是因为未能做到统一标准，因而得不到很好的应用。大部分设计院在计算负荷时，一般选用需要系数法，而需要系数都是参照工业与民用建筑标准来选择的，同时系数在每个地区也不相同，并在未充分考虑地铁低压负荷的特殊性，会导致计算负荷与实际不符。
地铁车站降压变电所设计作为地铁供电系统设计的重要组成部分，配电变压器容量选择是其中的一项重要工作，合理的选择车站配电变压器容量，对于确定主变压器容量、选择环网电缆截面及对控制投资具有重大的意义。配电变压器容量选择的基本原则是在保证供电安全性和可靠性的前提下，配电变压器的总拥有费用（初始投资+经济适用周期内的电气损耗费用）最低。
根据目前我国干式电力变压器厂家的制造水平，干式变压器的效率最佳负载率约为0.45～0.6。据研究分析，在计算功率一定的条件下，变压器的负载率约在0.6时，配电变压器的总拥有费用最低。
因此，配电变压器的额定容量选择宜满足正常运行时，负载率约为0.6，同时，满足承担全所供电范围内的所有一、二级负荷时不过载。
2 配电变压器的运行方式
在地铁变电所设计中，每座变电所设置两台配电变压器，接于不同段35 kV母线上。
AC0.4 kV侧母线采用单母线分段接线，每段母线各设一回进线，母联开关采用断路器。每段母线设置台三级负荷总开关及三级母线。
正常运行方式下，两台配电变压器分列运行，0.4 kV母联开关打开，两段0.4 kV母线分列运行，分别向其供电范围的一、二、三级低压负荷供电。
当其中一台配电变压器退出运行时，本所的三级负荷将自动切除，0.4 kV母联开关自动投入，由另一台配电变压器承担全所供电范围内的一、二级低压负荷的供电。
3 低压负荷的分析计算
3.1 负荷分类
地铁低压用电负荷，根据其用途和重要性的不同分为三级，分别为一级负荷、二级负荷、三级负荷。
一级负荷：正常运行时，由变电所两段0.4 kV母线各引一路电源至设备附近，两路电源在线路末端自动切换。
二级负荷：正常运行时，由变电所某一段0.4 kV母线馈出单回电源至设备，当一台变压器退出运行时，0.4 kV母联开关自动合闸，由另一台变压器为全所的二级负荷供电。
三级负荷：正常运行时由一路引自三级负荷母线的电源供电，当一台变压器退出运行时，三级负荷可从电网中切除。
3.2 低压负荷计算方法
一般地铁低压负荷计算采用需要系数法，即用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。
低压负荷的初始资料由动力照明专业提供给变电所专业，动力照明专业的初始资料中至少包含表1内容。
3.2.1 每个回路的负荷计算
计算容量Pjs=Pe*k1;
其中，Pe表示设备容量。设备容量由动照专业提供，动照专业把用电设备按类型分组，同一类型用电设备归为一组，并算出该组用电设备的设备容量，动照提资表中的每个回路即为一类设备组。
计算公式中K1表示需要系数。用电设备组在最大负荷时，所需的有功功率与其设备容量的比值即为需要系数。需要系数由动照专业提供，根据以往，各地区需要系数差异比较大，即使同一地区不同的动照设计人员提的需要系数也不同，因此，在计算配电变压器的负荷容量时，本专业还要校核需要系数。 3.2.2 全所低压负荷计算
一、二、三级负荷总计算容量Pjsz=K2*（∑Pjs1+∑Pjs2+∑Pjs3）
一、二级负荷计算容量Pjs12=K2*（∑Pjs1+∑Pjs2）
其中，K2是同时系数，在确定全所多组用电设备的计算负荷时，还应适当考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素，即考虑同时系数K2。
原则上，同时系数K2的选取与设备组之间的运行模式相关。但是地铁车站中各设备组运行模式比较复杂，各地区运营管理也有差异，难做统一规定，一般情况根据当地既有线经验选择。参考各地区地铁工程中，各地区同时系数选择如表2所示：
选取各地区典型地下二层标准站（站长约200 m），全所一二级负荷的设备容量与计算容量统计汇总如表3所示：
从上述统计表格分析，考虑需要系数和同时系数后，一般地下车站，各地区一二级计算负荷约占一二级负荷容量的40～60%，即：K2*∑（K1*Pe）/∑Pe≈0.40～0.6。
各地区典型地下二层标准站（站长约200 m），配电变压器容量选择情况如表4：
通过对各地区典型站低压负荷统计分析，最终全所计算负荷约占设备容量的40%～60%，需要系数由动照提供，不建议修改，变电所设计可通过调整同时系数控制变压器的计算容量。
3.2.3 功率因数
目前，国内地铁变电所AC0.4 kV每段母线均设置一套有源滤波装置，滤除谐波并兼顾无功补偿。
一般情况，电力部门对用电无功负荷的考核要求是功率因数不能低于0.9，否则会被罚款。因此，补偿后低压负荷的功率因数为0.9，即cosφ’=0.9。
3.2.4 视在容量的计算
一、二、三级负荷总计算容量Pjsz=K2*（∑Pjs1+∑Pjs2+∑Pjs3）;
一、二级负荷计算容量Pjs12=K2*（∑Pjs1+∑Pjs2）;
一、二、三级负荷计算视在功率Sz=Pjsz/cosφ;
一、二级负荷计算视在功率S12=S12/cosφ;
4 配电变压器容量的选择
根据变压器选择原则，变压器额定容量S应满足两个条件。
条件1：正常运行时，两台变压器分列运行，共同承担全所一、二、三级负荷时，单台变压器所承担的实际负荷约占变压器额定容量的60%，即：Sz/2≈0.6*S。
条件2：一台变压器退出运行时，另一台变压器承担全所一二级负荷时，不过载，即：S12≤S。
选择地铁变电所常用配电变压器的额定容量（kVA）：250，315，400，500，630，800，1000，1250，1600，2000。变压器容量优先选择上述值，其它容量为非标准设备，不建议采用。由于2000 kVA以上容量的变压器体积大，重量大，受变电所面积、运输等条件限制，地铁配电变压器容量一般不宜大于2000 kVA。对于大型车站，可以增设跟随式变电所。结合各地区低压负荷分析及变压器容量选择情况，一般而言，典型地下二层标准站（站长约200m）配电变压器容量可选1250 kVA或1000 kVA。
5 結束语
本文按照配电变压器的额定容量正常运行时，负载率约为0.6，同时，满足承担全所供电范围内的所有一、二级负荷不过载进行了变压器容量的选择。
在地铁工程中，各设备容量和需要系数由用电专业提给动力照明专业，动力照明专业汇总整理后提给变电所专业，由于变电所专业并不能准确了解各专业、各用电回路的负荷实际情况，所以，对于各回路的计算，如各回路开关容量、脱扣器容量、整定值等选择仍需以动照提资内容为依据，不能采用分析值、经验值。
上述变压器选择仅为参考，不作为变压器容量选择的标准要求，变压器实际负载率和计算负载率由于各种因素影响，偏差比较大，各地区还应结合实际工况合理选择。
参考文献
[1] 王韫志.地铁动力变压器容量的选择[J].科技资讯，2008（21）：92，94.
[2] 丁宁，霍天.一种地铁负荷预测的数据仿真方法[J].智能电网，2016（11）：1122-1129.
[3] 莫家伟.浅析地铁降压变电系统的设计[J].工业设计，2012（3）：257，259.
[关键词]动力照明;低压负荷;变压器容量;需要系数
[中图分类号]TM421 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）01–0–02
Research on Capacity Calculation of Distribution
Transformer in Substation of Metro Station
Yu Ping，Li Zheng-guo，Yan Li-na
[Abstract]There are many low-voltage power loads in metro stations， and the load categories are complex. The simultaneous coefficient and demand factor of load should be considered comprehensively when calculating the power consumption capacity. According to the operation mode of station transformer， combined with the low-voltage load demand of dynamic lighting specialty， the data is analyzed and calculated to reasonably determine the power load and select the transformer with reasonable capacity.
[Keywords]power lighting; low voltage load; transformer capacity; demand factor
1 配電变压器容量的选择原则
针对地铁低压用电负荷的特殊性，目前国内一些机构或设计院对其特性进行了研究，但是因为未能做到统一标准，因而得不到很好的应用。大部分设计院在计算负荷时，一般选用需要系数法，而需要系数都是参照工业与民用建筑标准来选择的，同时系数在每个地区也不相同，并在未充分考虑地铁低压负荷的特殊性，会导致计算负荷与实际不符。
地铁车站降压变电所设计作为地铁供电系统设计的重要组成部分，配电变压器容量选择是其中的一项重要工作，合理的选择车站配电变压器容量，对于确定主变压器容量、选择环网电缆截面及对控制投资具有重大的意义。配电变压器容量选择的基本原则是在保证供电安全性和可靠性的前提下，配电变压器的总拥有费用（初始投资+经济适用周期内的电气损耗费用）最低。
根据目前我国干式电力变压器厂家的制造水平，干式变压器的效率最佳负载率约为0.45～0.6。据研究分析，在计算功率一定的条件下，变压器的负载率约在0.6时，配电变压器的总拥有费用最低。
因此，配电变压器的额定容量选择宜满足正常运行时，负载率约为0.6，同时，满足承担全所供电范围内的所有一、二级负荷时不过载。
2 配电变压器的运行方式
在地铁变电所设计中，每座变电所设置两台配电变压器，接于不同段35 kV母线上。
AC0.4 kV侧母线采用单母线分段接线，每段母线各设一回进线，母联开关采用断路器。每段母线设置台三级负荷总开关及三级母线。
正常运行方式下，两台配电变压器分列运行，0.4 kV母联开关打开，两段0.4 kV母线分列运行，分别向其供电范围的一、二、三级低压负荷供电。
当其中一台配电变压器退出运行时，本所的三级负荷将自动切除，0.4 kV母联开关自动投入，由另一台配电变压器承担全所供电范围内的一、二级低压负荷的供电。
3 低压负荷的分析计算
3.1 负荷分类
地铁低压用电负荷，根据其用途和重要性的不同分为三级，分别为一级负荷、二级负荷、三级负荷。
一级负荷：正常运行时，由变电所两段0.4 kV母线各引一路电源至设备附近，两路电源在线路末端自动切换。
二级负荷：正常运行时，由变电所某一段0.4 kV母线馈出单回电源至设备，当一台变压器退出运行时，0.4 kV母联开关自动合闸，由另一台变压器为全所的二级负荷供电。
三级负荷：正常运行时由一路引自三级负荷母线的电源供电，当一台变压器退出运行时，三级负荷可从电网中切除。
3.2 低压负荷计算方法
一般地铁低压负荷计算采用需要系数法，即用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。
低压负荷的初始资料由动力照明专业提供给变电所专业，动力照明专业的初始资料中至少包含表1内容。
3.2.1 每个回路的负荷计算
计算容量Pjs=Pe*k1;
其中，Pe表示设备容量。设备容量由动照专业提供，动照专业把用电设备按类型分组，同一类型用电设备归为一组，并算出该组用电设备的设备容量，动照提资表中的每个回路即为一类设备组。
计算公式中K1表示需要系数。用电设备组在最大负荷时，所需的有功功率与其设备容量的比值即为需要系数。需要系数由动照专业提供，根据以往，各地区需要系数差异比较大，即使同一地区不同的动照设计人员提的需要系数也不同，因此，在计算配电变压器的负荷容量时，本专业还要校核需要系数。 3.2.2 全所低压负荷计算
一、二、三级负荷总计算容量Pjsz=K2*（∑Pjs1+∑Pjs2+∑Pjs3）
一、二级负荷计算容量Pjs12=K2*（∑Pjs1+∑Pjs2）
其中，K2是同时系数，在确定全所多组用电设备的计算负荷时，还应适当考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素，即考虑同时系数K2。
原则上，同时系数K2的选取与设备组之间的运行模式相关。但是地铁车站中各设备组运行模式比较复杂，各地区运营管理也有差异，难做统一规定，一般情况根据当地既有线经验选择。参考各地区地铁工程中，各地区同时系数选择如表2所示：
选取各地区典型地下二层标准站（站长约200 m），全所一二级负荷的设备容量与计算容量统计汇总如表3所示：
从上述统计表格分析，考虑需要系数和同时系数后，一般地下车站，各地区一二级计算负荷约占一二级负荷容量的40～60%，即：K2*∑（K1*Pe）/∑Pe≈0.40～0.6。
各地区典型地下二层标准站（站长约200 m），配电变压器容量选择情况如表4：
通过对各地区典型站低压负荷统计分析，最终全所计算负荷约占设备容量的40%～60%，需要系数由动照提供，不建议修改，变电所设计可通过调整同时系数控制变压器的计算容量。
3.2.3 功率因数
目前，国内地铁变电所AC0.4 kV每段母线均设置一套有源滤波装置，滤除谐波并兼顾无功补偿。
一般情况，电力部门对用电无功负荷的考核要求是功率因数不能低于0.9，否则会被罚款。因此，补偿后低压负荷的功率因数为0.9，即cosφ’=0.9。
3.2.4 视在容量的计算
一、二、三级负荷总计算容量Pjsz=K2*（∑Pjs1+∑Pjs2+∑Pjs3）;
一、二级负荷计算容量Pjs12=K2*（∑Pjs1+∑Pjs2）;
一、二、三级负荷计算视在功率Sz=Pjsz/cosφ;
一、二级负荷计算视在功率S12=S12/cosφ;
4 配电变压器容量的选择
根据变压器选择原则，变压器额定容量S应满足两个条件。
条件1：正常运行时，两台变压器分列运行，共同承担全所一、二、三级负荷时，单台变压器所承担的实际负荷约占变压器额定容量的60%，即：Sz/2≈0.6*S。
条件2：一台变压器退出运行时，另一台变压器承担全所一二级负荷时，不过载，即：S12≤S。
选择地铁变电所常用配电变压器的额定容量（kVA）：250，315，400，500，630，800，1000，1250，1600，2000。变压器容量优先选择上述值，其它容量为非标准设备，不建议采用。由于2000 kVA以上容量的变压器体积大，重量大，受变电所面积、运输等条件限制，地铁配电变压器容量一般不宜大于2000 kVA。对于大型车站，可以增设跟随式变电所。结合各地区低压负荷分析及变压器容量选择情况，一般而言，典型地下二层标准站（站长约200m）配电变压器容量可选1250 kVA或1000 kVA。
5 結束语
本文按照配电变压器的额定容量正常运行时，负载率约为0.6，同时，满足承担全所供电范围内的所有一、二级负荷不过载进行了变压器容量的选择。
在地铁工程中，各设备容量和需要系数由用电专业提给动力照明专业，动力照明专业汇总整理后提给变电所专业，由于变电所专业并不能准确了解各专业、各用电回路的负荷实际情况，所以，对于各回路的计算，如各回路开关容量、脱扣器容量、整定值等选择仍需以动照提资内容为依据，不能采用分析值、经验值。
上述变压器选择仅为参考，不作为变压器容量选择的标准要求，变压器实际负载率和计算负载率由于各种因素影响，偏差比较大，各地区还应结合实际工况合理选择。
参考文献
[1] 王韫志.地铁动力变压器容量的选择[J].科技资讯，2008（21）：92，94.
[2] 丁宁，霍天.一种地铁负荷预测的数据仿真方法[J].智能电网，2016（11）：1122-1129.
[3] 莫家伟.浅析地铁降压变电系统的设计[J].工业设计，2012（3）：257，259.