城市軌道交通供電系統(tǒng)無功補償方式分析

徐家輝

摘要：城市軌道交通的出現(xiàn)，緩解了人們出行的壓力以及環(huán)境的污染。城市軌道交通的運行主要通過供電系統(tǒng)來提供電能。就目前來看，當前建設(shè)中最大的問題還是功率因數(shù)的問題，如果在建設(shè)時，一旦選擇了錯誤的方式，供電部門將接受嚴重罰款。為了能夠使當前的功率因素被提高，需要計算供電系統(tǒng)的負荷，從而推出幾種不同的無功補償方式，減少經(jīng)濟壓力，進一步推動城市軌道交通的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;供電系統(tǒng);無功補償

就當前我國在軌道交通中供電系統(tǒng)的使用，主要包括運行時整個軌道交通的照明、各種軌道牽引系統(tǒng)以及維持交通行車動力的系統(tǒng)。所以，一旦供電系統(tǒng)出現(xiàn)問題，就會大大影響整個城市軌道交通的運行，也降低了運行期間的安全性。這就使得在建設(shè)城市的軌道交通時，必須要嚴格精確的對功率因素進行分析，從而能夠更加平衡的采取無功補償?shù)姆绞健?/p>

一、軌道交通供電系統(tǒng)組成

當前幾乎所有的軌道交通都采用的是集中供電的供電系統(tǒng)。具體的設(shè)置如下：設(shè)置出兩臺電壓為110/35kV的主變壓器于主變電座，對于整個城市電網(wǎng)的支持則是提供兩回專業(yè)的線路來對這兩臺主變壓器進行單獨的供電。供電過程中，將原本110kV的電壓轉(zhuǎn)化成35kV的電壓，從而能夠通過電壓為35kV的供電環(huán)網(wǎng)電纜，然后再向每個地鐵車站的變電所進行供電。對于軌道的牽引供電系統(tǒng)來說，通常采用的是DC750/1500V的供電方式[1]。圖1位城市軌道供電系統(tǒng)的示意圖。

電源為牽引（降壓式混合動力）網(wǎng)中兩個驅(qū)動控制單元經(jīng)按壓校正后輸出的750/1500V直流電，通過牽引網(wǎng)輸送至列車牽引用電負荷，從而進行供電。

而提供動力的電力系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)電壓為380/220V AC。一般來說，每一個地鐵車站都會設(shè)一個用于降壓的變電所，該變電所還會配制兩臺動力變壓器[2]。降壓通常是通過這兩臺變壓器來實現(xiàn)的，最后通過配電照明系統(tǒng)向功率范圍內(nèi)的車站和區(qū)間用電負荷提供0.4kV的低壓電能。

二、地鐵供電系統(tǒng)負荷功率因數(shù)

1、牽引負荷

在當前牽引變電所中，一般采用的是24脈的整理方式，而其整體的總功率因素大概為0.95。從目前來看，我國使用的牽引負荷方式十分少，而且很容易就能對其進行控制，其整體的功率因數(shù)十分高，并且很可靠，對于無功功率的要求很低。

2、變壓器及電纜

對于變壓器和電纜來說，都能夠在一定的情況下提供無功。一旦成功完成供電系統(tǒng)的建設(shè)，那么就會使變壓器和電纜的無功趨于一定穩(wěn)定，使其能夠更好的被控制。

3、動力及照明負荷

對城市軌道提供的動力以及照明的相關(guān)電力系統(tǒng)十分復(fù)雜且多，比如當前的通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)等等，每一個單獨的用電系統(tǒng)其中的內(nèi)容有大不相同，所以使得其開機的時間、功率因素也恨不確定，無法很快的進行控制。

三、各類負荷引起電能質(zhì)量問題主要表現(xiàn)

（1）功率的因數(shù)低，且在運行過程整個電網(wǎng)會出現(xiàn)很大的損耗，包括建設(shè)以及運行中的生產(chǎn)成本十分高，而總體的效率又很難跟得上，這就使得其整體的工廠面臨一定的安全問題[3]。（2）無功負荷突變可能直接導(dǎo)致電壓下降，電網(wǎng)電壓的波動甚至或使得整個電力設(shè)備被破壞，無法使用。（3）非線性負荷的諧波流動引起電網(wǎng)電壓的畸變。

四、補償方案

一般來說，選擇無功補償?shù)姆绞叫枰鶕?jù)當前供電局考核的點來進行。通常是對當前軌道交通的供電系統(tǒng)的所有組成部分及其復(fù)合的組成來進行仔細的分析。對于無功的基本特點為：使用的電腦無功的影響十分大;在不運行的夜晚中，行車的停運使得整體的功率因素變低，使得無功倒送;存在一定的具有沖擊力的負荷;無功的波動十分強烈。不過，就當前來說，供電局一般只會要求使用電力的用戶本身能夠達到要求的功率因素就行了，關(guān)于電纜無功倒送的問題，可以在之后當其符合變高的時候能夠自然的相抵消或者是采用100kV的饋線端結(jié)合著電抗器的使用來進行解決。未來能夠使得整個地鐵中網(wǎng)絡(luò)的所有無功能夠達到一定的平衡，需要在最主要的變電所進行無功的補償，以實現(xiàn)整體的發(fā)展。

具體的補償技術(shù)有以下幾點：（1）采用電容和電抗器進行無功補償;（2）靜止無功補償器（SVC）;（3）靜止無功發(fā)生器（SVG）。

五、靜止無功發(fā)生器（SVG）的無功補償

靜止無功發(fā)生器簡稱為SVG。該方式的無功補償成效主要是通過原來的電壓源型變流器中的補償裝置來達到的。且需要采用具有較大功率的電力設(shè)備的高頻開關(guān)來變換器無功的能量。以下是其主要的功能：

（1）當電力系統(tǒng)收到一定擾動時，能夠為整體的電力系統(tǒng)提供十分有效的電壓，使其支撐系統(tǒng)不受擾動，保持穩(wěn)定;（2）使整個系統(tǒng)中的動靜態(tài)穩(wěn)定性被進一步的提高;（3）對暫態(tài)過電壓進行有效的降低;（4）對當前流進電力系統(tǒng)中的一些諧波電流進行濾除;（5）進一步提高電壓電流之間的平衡度，使其不產(chǎn)生不對稱的電荷;等。

從當前已經(jīng)被運用的SVG來看，如果只采用SVG的話，會使得其補償能力被極大的浪費，所以通常會采用SVG與電抗器混合的補償模式，如圖2所示。

雖然SVG十分先進，效果也十分明顯，但是由于該技術(shù)是剛剛開發(fā)出來，實踐經(jīng)驗不夠，所以需要不斷的優(yōu)化。

六、結(jié)語

綜上所述，在選擇無功補償方式使必須要符合當前科學(xué)化的發(fā)展，一定要確定好當前需要被補償設(shè)施的容量，從而有針對性的進行補償，提高其有效性。這種科學(xué)化的方式不僅能夠提升當前供電系統(tǒng)對于城市交通軌道的運行效率，而且還能夠減少經(jīng)濟壓力，提高經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]賀威俊，高仕斌等.軌道交通牽引供變電技術(shù)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2016：20-27.

[2]王靖滿，黃書明.城市軌道交通供電系統(tǒng)技術(shù)[M].上海：上海科學(xué)普及出版社，2017.

[3]程浩忠.電力系統(tǒng)無功與電壓穩(wěn)定性[M].北京：中國電力出版社，2016.

（作者單位：蘇州市軌道交通集團有限公司運營一分公司）