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摘要：当前多数城市轨道交通系统仍采用两部制电价收费，较小的主变压器容量可以节省容量电费。本文首先对牵引负荷、动力照明负荷进行数学分析，得到其典型负荷特性曲线，进而结合变压器负荷与温升、温升与变压器寿命的关系，得到典型负荷曲线下不同容量主变压器的温升与寿命损失，探讨了一种对城市轨道交通主变电所主变压器容量进行校核以选取合适容量的方法。
关键词：主变压器 容量校核 典型负荷曲线
1典型负荷曲线
基于对地铁牵引所和降压所实测负荷数据的统计，得到牵引负荷和动照负荷的主要数字特征，给出与实际负荷数字特征相近的典型负荷曲线，为科学合理的选择变压器容量提供了依据。
1.1负荷的数字特征
城市轨道交通系统具有明显的日周期性运行规律。通过对城市轨道交通系统实际负荷进行测量和统计得到典型日负荷过程，其数字特征与原始负荷过程的数字特征接近，有一定的代表性。最常用的负荷过程数字特征是：空载概率、平均有效值、带电有效系数、带电平均值、带电平均有效值等，针对城市轨道交通日周期负荷特性，对其以下数字特征进行统计：
记一个周期总时长为 ( 1440min)，一个周期为一日。空载总时间 （min），馈线带电时间 （min），则
1.2典型负荷特性曲线的确定
统计实际负荷数学特性，基于负荷的数学特性得到典型负荷特性曲线，确定过程如下：
（1）确定阶梯个数。依据经验，各相邻阶梯之差约为变压器额定容量的一半，以此为标准确认阶梯个数。
（2）确定各阶梯具体取值范围和对应的数值。按各阶梯负荷为与上级阶梯负荷差值一半为原则对负荷数据进行处理，得到各阶梯负荷数据的数字特征和持续时间。
（3）确定周期个数。一般情况下，典型负荷曲线周期时应将全天均分，且典型负荷曲线数学特性应尽量与原始数据接近。
（4）分析典型负荷曲线数字特征，若得到的典型负荷曲线数字特征与原始数据的数字特征相差较大，则重新确定阶梯个数、各阶梯取值范围和周期个数，直至与原始数据数字特征基本保持一致为止。
1.3典型负荷特性曲线的确定
对某线牵引所牵引负荷、降压所动照负荷进行测量，通过对数据进行分析、统计得到其数字特征，进而得到相应的典型负荷曲线，以此为依据选择主变电所变压器容量。
（1）牵引所负荷曲线
测试牵引变电所全部馈线的电流以及上网点的电压，计算出一个日周期内的牵引负荷情况，测试数据经过处理后得到下图1：
图1牵引所负荷情况
对测量结果进行数学分析，电流、电压取有效值，得到一个日周期内牵引负荷的特征值，如下表1所示。
表1牵引所直流侧全日负荷过程特征值
（2）典型动力照明负荷曲线
通过测试某降压所全部进线的电流、电压，计算出一个日周期内的动力照明负荷情况。
电流、电压取有效值，将测试数据进行处理，得到全天动照负荷情况如图2所示。
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图2 降压所动力照明负荷情况
对测量结果进行数学分析，电流、电压取有效值，一个日周期内的动力照明负荷特征值，如下表2所示。
表2全天动力照明负荷特征值汇总
（3）主变电所主变压器负荷曲线
主变电所主变压器负荷，为全线牵引变压器负荷与动力照明负荷之和。
将全线12个牵引所牵引负荷曲线与22个降压所、跟随所动力照明负荷曲线叠加，得到主变电所主变压器负荷曲线，如图3所示：
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图3 主变电所主变压器负荷曲线
此时主变电所主变压器负荷最大值为69MVA。如图3所示，城市轨道交通日负荷过程与行车排图密切相关，负荷大值与行车高峰期有明显的一致性。考虑到城市轨道交通系统负荷特性，按照主变压器最大值两倍过负荷来对容量进行校核，应选择40MVA额定容量变压器。
按照前述方法将主变压器负荷曲线划分为3个周期、5个阶梯，得到的典型负荷曲线与原始数据的数字特征基本保持一致，主变压器负荷典型曲线如下图图4所示。
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图4主变压器负荷典型曲线
2温升和寿命损失
2.1 变压器负荷与温升的关系
参考文献[1]以及92版国标，变压器绕组热点温度为： （11）
其中，
N—总的时间区间个数。
研究变压器负荷与温升的关系，进而研究变压器温升与寿命损失的关系，以此为依据可以合理的利用变压器的过负荷能力，充分的利用变压器寿命。
3主变压器最优容量选择
利用第一节得到的主变压器典型负荷曲线，计算主变压器40MVA容量时的温升与寿命损失，如图5所示。
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图5 主变压器温升和寿命损失
如上图所示，变压器温升和寿命损失均在允许范围内。
进一步计算主变压器在该典型负荷曲线下，选取不同容量时的温度和寿命损失，计算结果如表3所示。
表3主变压器温度、寿命损失统计表
c变压器正常运行条件：
①变压器一般设计为30年使用寿命，每天寿命损失不超过1440分钟。
②根据TB/T3159-2007《电气化铁路牵引变压器技术条件》，变压器绕组最热点温度必须低于140℃。
在满足牵引变压器正常运行的条件下，为充分利用变压器的过负荷能力，主变压器容量最小可以选择25MVA。
4结语
在当前多数城市轨道交通系统采用两部制电价的条件下，采用较小容量的变压器可以节约容量电费。为避免因盲目采用小容量变压器而造成安全隐患，本文提出了一种校核主变电所主变压器容量的方法，为工程应用提供参考。
参考文献:
[1]杨博惟. 高速铁路牵引变电所经济运行方法研究[D].西南交通大学,2015.
[2]解绍峰,李群湛,贺建闽. 牵引变压器温升与寿命损失研究[J]. 机车电传动,2003,04:15-17+24.
[3]郑瞳炽，张明锐.城市轨道交通牵引供电系统[M]. 北京：中国铁道出版社，2000.
[4]于松伟，杨兴山，韩连祥，张巍.城市轨道交通供电系统设计原理与应用[M].成都：西南交通大学出版社，2008.6.