探討城市軌道交通供電系統(tǒng)無功補償方式

夏磊 蔣如松

摘要：軌道交通列車的動力來自于牽引供電系統(tǒng)，它擔(dān)負(fù)著為電動列車和各種運營設(shè)備提供電能的重要任務(wù)，因此必須確保電力牽引供電系統(tǒng)安全可靠供電。而無功功率在供電網(wǎng)絡(luò)的傳輸中不僅要產(chǎn)生有功功率損耗，而且還會產(chǎn)生電壓損失，影響電能質(zhì)量。基于此，本文將著重分析探討城市軌道交通供電系統(tǒng)無功補償方式，以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；供電系統(tǒng)；無功補償

1城市軌道交通供電方式

城軌交通變電所可分為主變電所、牽引變電所、降壓變電所三類。主變電所接線方式主要有內(nèi)橋接線和線路一變壓器接線兩種形式。主要承擔(dān)向全線提供可靠電源的任務(wù)，將來自城市電網(wǎng)110kV電源降為35kV電源。

牽引變電所一般設(shè)置在站臺層，一方面有利于節(jié)省設(shè)備投資，安裝調(diào)試方便，另一方面使得設(shè)計總體緊湊，節(jié)省土建工程投資。降壓變電所擔(dān)負(fù)向車站、區(qū)間動力系統(tǒng)、照明系統(tǒng)提供電源的任務(wù)，廣泛用于每個車站將中壓35kV或10kV電源降為380V或220V。一般情況下，供電方式按照區(qū)域可分為：

1.1集中供電方式

集中供電方式主要指的是在城市軌道沿線建立幾座外部供電系統(tǒng)的主變電所，為牽引供電系統(tǒng)的牽引變電所以及動力照明系統(tǒng)的降壓變電所提供電能供應(yīng)。集中供電方式的基本特點為：所建設(shè)的主變電所的一次側(cè)電源需要從上一級110kV高壓區(qū)變電所引入獨立電源，建立獨立的供電體系，因此，該供電方式具有較好的供電可靠性，不受其他負(fù)荷影響，維修管理較為便捷。

1.2分散供電方式

與集中供電方式不同，分散供電方式不需要建設(shè)專門的主變電所，而是從附近的城市電網(wǎng)引出電能供給牽引變電所和降壓變電所。在這種供電方式下，城市電網(wǎng)不僅需要為軌道交通牽引變電所和降壓變電所進(jìn)行電能供應(yīng)，還要提供電能給附近的用戶，這就導(dǎo)致該供電方式很容易受到附近居民用電的影響，從而降低供電的可靠性。

1.3混合供電方式

混合供電方式即上述兩種供電方式的聯(lián)合利用，其中集中供電方式占主導(dǎo)地位，分散供電方式進(jìn)行輔助。例如10kV的中壓環(huán)網(wǎng)，其末端電壓損失不能超過10kV的5%，即末端電壓要高于9.5kV。如果中壓電網(wǎng)末端的電壓損失難以滿足供電要求，則需要應(yīng)用分散供電方式，從附近的城市電網(wǎng)引入中壓電源，為集中供電方式提供輔助作用。

2城市軌道交通供電系統(tǒng)無功補償

2.1電容和電抗器無功補償

該方案投資低，但無功補償效果差，投切速度慢，不適合負(fù)荷變換頻繁的場合，易產(chǎn)生欠補償和過補償。同時可能會引起某次諧波諧振或放大，因此城軌供電系統(tǒng)補償基本不采用此方案。

2.2靜止無功補償器（SVC）

靜止型動態(tài)無功補償裝置即StaticVarCompensator（SVC）是目前國內(nèi)外解決這一系列問題普遍采用的方法，在無功負(fù)荷接入點處接入SVC裝置后，無功負(fù)荷沖擊得到抑制、高次諧波得到濾除、三相電網(wǎng)得到平衡、PCC點電壓得到穩(wěn)定和提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

TCT型SVC，TCT名稱含義是晶閘管控制變壓器（ThvfistorControlled Transformer，簡稱TCT），結(jié)合其實際用途，把它理解成晶閘管控制變壓器型可調(diào)電抗器。TCT實際上是將常規(guī)TCR中的耦合變壓器和電抗器合二為一。

TCT組成：高阻抗變壓器本體+晶閘管閥+控制器。

原理：晶閘管閥連接在高阻抗變壓器本體的低壓側(cè)，通過調(diào)整晶閘管閥的導(dǎo)通角，改變低壓繞組電流，高阻抗變壓器高壓繞組的電流立即會按相應(yīng)的匝數(shù)比改變，從而改變TCT無功功率大小。通過晶閘管控制變壓器的副邊電流，從而控制原邊連續(xù)變化的感性無功功率，當(dāng)晶閘管完全導(dǎo)通時，相當(dāng)于副邊短路運行，此時輸出感性無功功率最大，即達(dá)到可控電抗的額定容量。

TCT特點：（1）響應(yīng)速度，全波采樣需要20ms，半波采樣10ms。（2）可靠性，本體是高阻抗變壓器，抗沖擊能力強，晶閘管運行在變壓器的低壓側(cè)；（3）結(jié)構(gòu)，TCT的結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)過簡單的培訓(xùn)就能操作。（4）噪音，TCT的整個磁路上沒有飽和的區(qū)域，不會因為磁滯伸縮的作用產(chǎn)生很大的噪音，TCT上沒有大功率風(fēng)扇等運動部件發(fā)出噪音。（5）損耗，與其它可調(diào)電抗器不同，TCT的整個磁路上沒有飽和的區(qū)域，鐵損小；TCT磁場不會泄露到本體外部，附加損耗小。

2.3靜止無功發(fā)生器（SVG）

靜止無功發(fā)生器StaticVarGenerator，簡稱為SVG。其基于電壓源型變流器的補償裝置實現(xiàn)了無功補償方式。是通過大功率電力電子器件的高頻開關(guān)實現(xiàn)無功能量的變換。具備如下主要功能：（1）在電力系統(tǒng)擾動情況下，提供有效的電壓支撐；（2）提高輸電系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性；（3）降低暫態(tài)過電壓；（4）阻尼系統(tǒng)的低頻和次同步振蕩；（5）減小電壓和電流的不平衡，抑制不對稱負(fù)荷；（6）減小由于電壓波動引起的閃變；（7）增加輸電線路的有功功率傳輸容量；（8）濾除流入系統(tǒng)的諧波電流。

具備如下主要功能：（1）在電力系統(tǒng)擾動情況下，提供有效的電壓支撐；（2）提高輸電系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性；（3）降低暫態(tài)過電壓；（4）阻尼系統(tǒng)的低頻和次同步振蕩；（5）減小電壓和電流的不平衡，抑制不對稱負(fù)荷；（6）減小由于電壓波動引起的閃變；（7）增加輸電線路的有功功率傳輸容量；（8）濾除流入系統(tǒng)的諧波電流。

SVG是目前最先進(jìn)的無功補償設(shè)備，目前全國范圍正大力推廣，但其技術(shù)還在發(fā)展階段，維護(hù)率較高，有待在運行中進(jìn)一步考驗。