地鐵110kv主變電所SVG無功補償

吳章輝

摘 要：供電系統是地鐵運營的關鍵，提高地鐵供電系統的電能質量需要提高地鐵變電所的功率因數，提高系統的電壓質量。SVG無功補償裝置對于地鐵供電系統的提質、諧波污染的治理等具有重要的作用。文章主要介紹SVG無功補償裝置，對SVG的特點、優勢進行分析，并闡述其在地鐵變電所中的適應性。

關鍵詞：地鐵；SVG裝置；無功補償；特點；適應性

SVG的全稱是Static Var Generator，即靜止無功發電器，人們常根據它的作用方式，將其稱為動態無功補償裝置。SVG裝置應用的是PWM控制技術和自換相橋式電路，對負荷的動態波動進行實時地跟隨，以此對自身的輸出進行調節，具有無功補償、抑制電壓波動、濾波等功能。一般情況下，地鐵供電系統的供電方式為集中供電，主變電所的電壓等級為110kv，在地鐵運行調試、初期或者客流量不大時，功率因數較低，同時還存在被供電局考核罰款的情況，如：深圳地鐵、廣州地鐵等，因此，地鐵中的無功補償裝置對于提高供電系統的功率具有重要的現實意義。

1 地鐵無功補償的現狀

通常情況下，地鐵的供電系統使用的供電制式是兩級供電，一級是專用110kv的主變電所，而下一級為35kv牽引所、降壓所、牽引降壓混合所，地鐵屬于高壓用電，在不采取無功補償措施的情況下，大部分主變電所每月的平均功率因數低于0.9。照明負荷、列車牽引負荷是地鐵中主要的用電負荷；其中動力負荷設備主要是電動機、照明設備采用LED等；由于電動機和LED采用變頻技術，這些低壓設備具有較低的功率因數，在設計時一般采取分散就地補償的原則。相比之下，列車的牽引負荷功率因數較高，平均不低于0.95。

集中補償與分散補償相結合是地鐵供電系統的無功補償原則，分散補償針對的主要是各低壓設備，對此進行就地補償裝置。集中補償是在35kv和380V側進行的。而地鐵主變電所功率因數不達標，且呈容性的主要原因是地鐵供電線路大量采用電纜，其中以110kv及35kv環網電纜容抗影響最大，同時存在主變壓器損耗，需補償其無功損耗，以此降低供電系統的無功功率需求，實現供電網絡的無功耗損的降低，提高其功率因數。在地鐵運行中，各個車站變電所以下的配電線路通過向負荷端輸送，為用戶提供所需的無功。為了達到降低線路壓降的目的，需要在發生無功功率的地方進行及時就地補償，就地平衡無功，對長距離的電力輸送起到減緩的作用。我國目前的地鐵運營，在對地鐵線路的供電系統進行設計時，對于無功補償，應遵循低壓分散就地補償原則，即：誰產生誰補償。根據實際的、具體的地鐵變電所的負荷無功狀況，在各個車站、區間的變電所內設置低壓電容無功補償柜，確保地鐵變壓所的功率達到0.9的因數，減少變壓器的穿越功率。

近幾年，一些地鐵的運營中，存在供電局考核罰款的現象，且罰款數額較大，為了解決供電局考核的罰款問題，各地鐵才開始在主變電所裝設無功補償裝置。

2 SVG裝置

2.1 SVG裝置概述

SVG是無功補償領域的新技術，靜止無功補償器的新一代產品。它在電網中并聯，功能與可變的無功電流源相當，對交流側電流的相位、幅值進行直接的控制，或者對其進行調節，對所需要的無功功率進行迅速的發出、吸收，實現對無功的動態快速調節。當SVG裝置采用的是直流電時，不僅可以跟蹤補償沖擊電流，還可以對諧波電流實施跟蹤補償。同時，由于SVG裝置中運用了電子逆變技術，在無功補償的過程中，就會產生一個電流與需要補償的對象產生抵消作用，這個電流與需要補償的對象應大小相同，方向相反，使功率的因數接近于1。

2.2 SVG的特點

SVG具有自身的特點，第一，SVG有抗諧波的特點，以此保障系統的安全運行。因為SVG使用的是可控電流源，因此進行補償的對象僅是基波無功電流，不會因系統諧波電流而損壞補償設備，從而減少設備維護的工作，延長設備的使用壽命。SVG是并聯作用，這就避免了因串電抗的電容器組而放大了諧波，防止因為諧波的過電壓而損壞系統的補償設備和其他設備。第二，SVG具有動態連續平滑補償的特點，可以較高速的響應速度，達到更好的電壓閃變得的補償效果。它可以根據負載的變化，連續動態地對功率因數實施補償，可以吸收無功，也可以發送無功，從而杜絕無功倒送情況的發生。第三，解決負荷的不平衡。此外還可以在補償無功功率的過程中，同步的動態的補償諧波。

2.3 SVG的優勢

與傳統的電容無功補償裝置相比，SVG在補償方式、補償時間、有級無極、諧波濾除、使用壽命等方面具有很大的優勢。在補償方式方面，通過傳統的電容無功補償裝置補償后，一般會到達0.85左右的功率因數。而采用SVG，通過電源模塊實行無功補償后，會提高功率因數，使其達到0.97或者以上，對沖擊負荷有很好的補償效果。就補償時間而言，在傳統的無功補償過程中，實施每次補償需要的時間都不少于200毫秒，而SVG完成一次補償需要的時間在5-20毫秒之間。同時，應在瞬間完成無功補償，補償時間較長時會出現不該補償無功的時候進行補償，而該補償無功時卻沒有的不好現象。此外，SVG不會放大諧波，對較多的諧波進行濾除，使用壽命一般超過十年，具有極小的耗損，對此不需要維護。

3 地鐵變電所中SVG的適應性

3.1 諧波治理

含有變頻設備的動照負荷和需要整流設備的牽引負荷是地鐵供電系統諧波的兩個主要來源。整流機組輸出脈波數影響整流機組產生的諧波電流次數。在理想狀態下，整流機組高壓側產生的諧波電流次數可表達為：N*A±1，其中N為正數，A表示整流機組脈波數，從而可以得出機組脈波數越高，就會產生越少的較低次數的諧波，對系統將產生較小的影響。同時，為了更有效的減少諧波的污染，可采用24脈波的整流機組，使諧波的產生更少。動力照明負荷主要有排水、消防、通風、車站照明、自動扶梯等，包括大量的變頻負荷。在我國目前的地鐵線路的建設中，可設置有源的濾波裝置以減少動力照明負荷產生的諧波。所用，在使用SVG裝置時可同時使用有源濾波裝置。

3.2 無功補償

動力照明負荷和牽引負荷的性質決定地鐵供電系統的功率因數。就牽引負荷而言，一般采用的方式是24脈波整流，理論基波的功率因數達到0.98，總功率因數達到0.95。地鐵運營的初期，動力和牽引負荷小，夜間的負荷較低，供電系統的功率因數較低，由于電纜的充電無功影響，此時主變電所功率因數呈容性，需要發出容性無功對其進行補償。SVG無功補償裝置，可以根據負荷的波動，自動地對系統功率的因數進行調整，發出或者吸收無功，以此適應地鐵供電系統的負荷。同時，由于地鐵主變電所無功補償主要是補償110kv和35kv電纜的充電容性無功功率，補償到功率因數成感性，以此防止系統諧振。

3.3 確定SVG的安裝容量

就地鐵系統而言，安裝在主變電所的SVG對母線進行集中補償，SVG的安裝容量應通過科學合理的計算而確定。在無功補償容量確定的過程中，應對變壓器、電纜、動力照明負荷、牽引負荷等設備進行無功及有功計算。由于供電系統在白天上下班高峰時是相對滿載的狀態，在夜間時是低載或者相當于空載，因此，在計算時，應分別計算出滿載狀態、低載狀態時的無功及有功、重點考慮110kv及35kv電纜的充電容性無功，同時根據將功率因數補償到0.9的要求，對SVG的安裝容量進行合理的計算、確定、校核。

4 結束語

在地鐵的供電系統中安裝SVG裝置，對供電系統起到了無功補償的作用。SVG無功補償具有自身的特點與優勢，可以根據很負荷的變化動態進行無功補償，調節功率因數，在使用壽命、補償方式、時間等方面為地鐵的供電系統的運營提供保障，在地鐵領域的應用將越來越廣泛。

參考文獻

[1]王繼鋒.動態無功補償裝置SVG在地鐵供電系統的應用探討[J].科技創新導報，2013（12）：106-107.

[2]段立新.動態無功補償裝置在地鐵主變電所的應用[J].電氣時代，2009（7）：72-73.

[3]徐平，余龍.SVG在地鐵工程中的應用[J].電氣化鐵道，2013（3）：37-40.