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：电气091
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指导教师：
2012 年 7月 20日
1 设计原始资料
1.1具体题目
2、某地铁车辆段动力设备负荷表如表2所示。

试计算该车辆段的配电变压器容量。

表2 某车辆段计算负荷分布表
额定功率
需要系数功率因数
负荷类型序号负荷种类
(kW)
1 通信设备45 0.80 0.85
2 信号设备80 0.80 0.85
一 3 消防用电设备25 0.60 0.80
二 4 防灾用电设备35 0.60 0.80
级 5 通风设备65 0.70 0.90
负 6 检修动力125 0.85 0.85
荷7 各车间照明负荷105 0.70 0.80
8 应急照明55 1.00 0.80
9 车辆设备单体设备195 0.80 0.85
三10 通风空调设备155 0.60 0.90
级11 检修动力120 0.70 0.80
负12 电热设备75 0.60 0.70
荷13 各检修库照明负荷80 0.80 0.85
1.2 要完成的内容
配电变压器容量是指注入国家电网的功率总和，即主要反映在城市轨道供电系统的系统主变压器的容量选取上。

变压器的容量是在负荷统计的基础上选定的，由于负荷预计不容易做准，—般按预计的最大负荷选择。

本设计主要完成车辆段配电变压器容量的计算，包括电流、无功功率、有功功率、视在功率以及总负荷的计算功率等。

2 设计内容
2.1 设计规程
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，对各低压负荷在不同运行方式下取同时系数后求得。

2.2 设计方案
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。

3 容量计算
3.1 计算内容
配电变压器的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，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，单台配电变压的负载率
3.2 负荷计算
3.2.1单组用电设备计算负荷的计算公式
a) 有功计算负荷（单位为kW ）
N di P K P ci (1)
式中，d K —需要系数。

b) 无功计算负荷（单位为kvar )
ϕtan ci ci P Q = (2) c) 视在计算负荷（单位为kV .A ）
ϕ
cos ci
ci P S =
(3) d) 计算电流（单位为A ） N
ci
ci 3U S I =
(4) N U —为用电设备的额定电压（单位为kV ） 3.2.2多组用电设备计算负荷的计算公式
a) 有功计算负荷（单位为kW ）
∑
∑=⋅ci p c P K
P (5) 式中，ci P ∑是所有设备组有功计算负荷i P 之和， p K ⋅∑是有功负荷同时系数，可取0.85~0.95。

b) 无功计算负荷（单位为kvar ） ∑
∑=⋅ci q c Q K
Q (6)
式中，ci Q ∑—所有设备无功i Q 之和；
q K ⋅∑—是无功负荷同时系数，可取0.9~0.97。

c) 视在计算负荷（单位为kvA ）
2c 2c c Q P S += (7) d) 计算电流（单位为A ） N
ci
ci 3U S I =
(8) 经过计算，得到各设备的负荷计算表，如表3.1所示（额定电压取380V ）
表3.1 车辆段配电变压器容量计算表
3.2.3 无功功率补偿
无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电抗器两种。

由于并联电抗器
具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。

设备名称
设备容量 （kW ）
需要 系数 计算容量（kW ）
功率因数 cos φ 计算电流 （A ）
js
Q
（kvar ） js
S
（kV .A ）
通信设备 45 0.80 36 0.85 64.36 22.32 42.36 信号设备 80 0.80 64 0.85 114.43 39.68 75.31 消防用电设备 25 0.60 15 0.80 28.49 11.25 18.75 防灾用电设备 35 0.60 21 0.80 39.88 15.75 26.25 通风设备 65 0.70 46 0.90 76.82 22.04 50.56 检修动力
125
0.85 106 0.85 189.92 65.88 125.00 各车间照明负荷 105 0.70 74 0.80 139.60 55.13 91.88 应急照明 55 1.00 55 0.80 104.46 41.25 68.75 车辆设备单体
设备 195
0.80
156
0.85
278.88
96.72
183.55
通风空调设备 155 0.60 93 0.90 156.74 44.64 103.16 检修动力 120 0.70 84 0.80 159.54 63.00 105.00 电热设备 75 0.60 45 0.70 96.69 45.00 63.64 各检修库照明
负荷
80 0.80
64
0.85
114.42
39.68
75.31
补偿前负荷总计 1160 859 0.83 1404.69 562.34 1029.52 同时系数K = 0.75 644.3 1053.52
421.76 772.14 补偿容量
258.19 补偿后负荷总计 1160
644.3
0.92
1010.00
163.57
664.74
由表3.1可知，该车辆段380V 侧最大负荷时的功率因数只有0.83。

考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V 侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V 侧所需无功功率补偿容量：
C Q =js P ∑(tan 1ϕ-tan 2ϕ)=859[tan(arccos0.83) - tan(arccos0.92) ] = 258.19 kvar
4 设计的评价与结论
供电系统的系统容量，直接反映到相关设备的设备容量中，这样就关系到了工程建设的投资问题，如果能正确选取，就可以在保证系统可靠性的同时有效的控制工程投资，减少不必要的浪费。

在确定供电系统容量时，首先应明确分析思路，分析各种负荷变化情况，各个子系统之间的对应关系，运用科学合理的计算方法，并结合运营方式及相关工程积累的设计、运营经验，最终确定更为贴近实际运营需要的系统容量，从而进一步优化设计方案，减少工程初期投资，降低轨道交通的运营费用。

当然，对于其他城市的轨道交通具体的工程，还应结合实际情况，具体问题具体分析。

参考文献
[1] 熊信银,张步涵.电力系统工程基础[M]. 武汉:华中科技大学出版社，2003，193-203.
[2] 何仰赞,温增银.电力系统分析[M]. 武汉:华中科技大学出版社，2002，8-37.
[3] 何宗华.城市轨道交通工程设计指南[M].第一版. 北京:中国建筑工业出版社，1993，179-203.
[4] 于松伟.城市轨道交通供电系统设计原理与应用[M]. 西南交通大学出版社,2008.。