地鐵供電系統功率因數分析及改進方案

張宇爽

摘 要：對于我國的地鐵交通，一直都存在有需要用到大量的電纜進行配電的特點，所以能夠在對于地鐵供電系統在運行時間范圍內的功率因素進行分析，將會對于我們在日后研究地鐵交通的具體運行狀況以及供電的相關因素等問題時，都具有十分重要的實踐意義。根據研究結果表明，對于地鐵運行的過程當中的系統功率因數分配問題，主要是集中在通電以后到地鐵開始進行初期運營的這段時間，我們需要能夠一次作為基礎，研究電費的成本支出情況，爭取能夠找到改進方案。

關鍵詞：地鐵供電系統；功率因數；分析及改進

中圖分類號：TM714.3 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）21-0149-01

1 前 言

對于地鐵等城市軌道交通而言，進行大量的電纜配電一方面是為了能夠提高大規模用電設施在用電方面的安全性，另一方面也是為了能夠對相關管線的鋪設起到促進作用。對于電纜本身的結構特點決定了其一般所做的功率都是無功功率。在這幾年，城市軌道交通無論是從質量還是規模都迅速擴張，地鐵上需要承載的人流量也越來越大，所以必然會增加行車輛數，這樣就意味著供電系統即將要承擔更大的負荷，而且其一般都是白天運行晚上才進行檢修，所以與別的供電系統有所不同。

2 供電系統的有功功率和無功功率分析

對于一個地鐵供電線路而言，主要的功率分為有功功率和無功功率兩種，首先說一下無功功率，對于地鐵這種軌道交通來說，一般在其線路建設完成以后，對于供電系統的裝置配置以及相關設定都會基本上保持在一個比較穩定的狀態，所以，在一個軌道交通供電系統的運營期間，我們通常都認為電纜的無功功率基本上不會發生太大的變化，主要會變化的是有功電量。而在系統的運行期間，主要影響有功功率的是由于列車白天正常行駛而一到晚上就會停運，進行檢修和維護。根據每天的實際情況來看，地鐵的供電系統在夜間停運以后一般都會有比較低的功率因數，也會因為夜間出行人數的銳減而出現空載而最終導致列車的無功返送的現象，如果按照這個形式長期運行下去，就會拉低地鐵通電以后到地鐵開始進行初期運營的這段時間的平均功率因數。

所以，我們從列車運行的不用年度以及同一天的不同時間段這兩個方面來進行分析，同一部列車在有功功率的數值上存在有巨大的差別，而且部分地鐵的供電系統會出現在某一個確定的時間范圍內，電路在運行時產生的無功功率不能夠由系統進行平衡，所以整個系統的運行也并不是很穩定，最終導致功率因數的數值并不是很理想。而供電部門對于功率因數的標準是由文件進行嚴格的規定的，在收費上也會根據功率因數進行簡單的調整，這樣的做法，實際上增加了鐵路運行所需要的成本，也促使我們必須要對地鐵供電系統的特點和供電規律進行研究。

3 優化地鐵供電系統功率因數的方案

對于城市地鐵供電系統的功率因數的特點，我們之前已經進行過簡單的分析，對于其供電系統而言，一旦使用不當，就很容易會影響到整個系統的用電質量，而且會給相關部門帶來來自供電系統的罰單，也會增加用戶本身的電費支出，所以，我們必須采取相應的對策來提高城市地鐵供電系統的功率因數，當前具體可行的方法主要表現在如下幾點：

3.1 嚴格執行兩部制電價政策

對于我國當前的軌道交通系統，我們國家采用的是兩部制電價政策，也就是說，用地部門需要交的費用包括有基本的電費、按用電量計算出的電費以及根據功率因數調整出的電費這三種，一般通電以后到地鐵開始進行初期運營的這段時間的功率因數是最低的，如果我們不能夠采取相應的解決辦法，那么就會導致供電系統需要繳納大量的罰款，一般國家規定，當功率因數低于0.64以后，每降低0.01，就需要多交2%的電費，所以我們需要加強對于供電系統的無功補償，增加其功率因數。

3.2 減少通電以后到地鐵開始進行初期運營的這段時間的用電量

通電以后到地鐵開始進行初期運營的這段時間，在時間上大約會消耗掉一年，我們根據某一個供電系統的實際數據，可以簡單計算一下這段時間的實際供電系統的年用電量。一般，供電系統年用電量是由牽引負荷用電量、動力負荷用電量、照明負荷用電量以及變壓器的電路損耗量這幾部分相加共同構成的，我們經過計算可以得出這個供電系統的年用電量為19885565kWh，而平均的功率因數為0.23，如果按照兩部制電價政策進行繳費中的根據功率因數調整的電費支出將會需要我們多支出1700多萬元，這將是一個巨大的浪費，所以我們可以考慮適當降低這個從開通到試運行的周期。

總之，通過上面的分析我們可以明顯的看出，對于地鐵供電系統而言，在通電以后到地鐵開始進行初期運營的這段時間內整體的平均功率因素通常都處在一個比較低的水平，所以我們需要好好利用這個分析結果，在供電系統的主變電站集中設置合適的無功補償的裝置，就可以平衡供電系統在運行過程中出現的無功功率不足的問題，對供電系統內電纜的無功電量實現一個理論上的平衡狀態，進而就可以提高其供電系統的功率因素。經過實際的調研我們也可以發現，針對安裝無功補償裝置需要采購設備和進行安裝所需要的總費用，一般都要遠低于由于功率因素過大而導致的電費過大的問題，而且還能夠降低整個電路的工作損耗、提高對于變壓器容量的利用率，進一步提升我們使用到的電能的質量，所以反而能夠從多個角度而言都實現投資收益的提高。

4 結束語

文章主要是針對當前地鐵線路的供電系統進行了簡單的分析，解讀了地鐵供電系統功率因數的主要特點，我們都知道，在不同的運行線路上，由于運行時間，列車性能以及載客量等多個方面的因素有所不同，所以其在功率因數的數值上會有一些差異，但是由于其在組織構成以及運營模式上都極為相似，所以我們可以定性的分析，然后就可以發現，運行時間越長，供電負荷也就越大，而功率因數也會增加，所以在日后進行無功補償裝置安裝時要盡量易于拆裝，才便于反復使用。

參考文獻

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收稿日期：2018-6-21