探討城市軌道交通供電系統無功補償方式

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，它擔負著為電動列車和各種運營設備提供電能的重要任務，因此必須確保電力牽引供電系統安全可靠供電。而無功功率在供電網絡的傳輸中不僅要產生有功功率損耗，而且還會產生電壓損失，影響電能質量?；诖耍疚膶⒅胤治鎏接懗鞘熊壍澜煌ü╇娤到y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。

關鍵詞：城市軌道交通；供電系統；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橋接線和線路一變壓器接線兩種形式。主要承擔向全線提供可靠電源的任務，將來自城市電網110kV電源降為35kV電源。

牽引變電所一般設置在站臺層，一方面有利于節省設備投資，安裝調試方便，另一方面使得設計總體緊湊，節省土建工程投資。降壓變電所擔負向車站、區間動力系統、照明系統提供電源的任務，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的主變電所，為牽引供電系統的牽引變電所以及動力照明系統的降壓變電所提供電能供應。集中供電方式的基本特點為：所建設的主變電所的一次側電源需要從上一級110kV高壓區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專門的主變電所，而是從附近的城市電網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，城市電網不僅需要為軌道交通牽引變電所和降壓變電所進行電能供應，還要提供電能給附近的用戶，這就導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合利用，其中集中供電方式占主導地位，分散供電方式進行輔助。例如10kV的中壓環網，其末端電壓損失不能超過10kV的5%，即末端電壓要高于9.5kV。如果中壓電網末端的電壓損失難以滿足供電要求，則需要應用分散供電方式，從附近的城市電網引入中壓電源，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，不適合負荷變換頻繁的場合，易產生欠補償和過補償。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）

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

TCT型SVC，TCT名稱含義是晶閘管控制變壓器（ThvfistorControlled Transformer，簡稱TCT），結合其實際用途，把它理解成晶閘管控制變壓器型可調電抗器。TCT實際上是將常規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，通過調整晶閘管閥的導通角，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的匝數比改變，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，從而控制原邊連續變化的感性無功功率，當晶閘管完全導通時，相當于副邊短路運行，此時輸出感性無功功率最大，即達到可控電抗的額定容量。

TCT特點：（1）響應速度，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；（3）結構，TCT的結構簡單，經過簡單的培訓就能操作。（4）噪音，TCT的整個磁路上沒有飽和的區域，不會因為磁滯伸縮的作用產生很大的噪音，TCT上沒有大功率風扇等運動部件發出噪音。（5）損耗，與其它可調電抗器不同，TCT的整個磁路上沒有飽和的區域，鐵損??；TCT磁場不會泄露到本體外部，附加損耗小。

2.3靜止無功發生器（SVG）

靜止無功發生器StaticVarGenerator，簡稱為SVG。其基于電壓源型變流器的補償裝置實現了無功補償方式。是通過大功率電力電子器件的高頻開關實現無功能量的變換。具備如下主要功能：（1）在電力系統擾動情況下，提供有效的電壓支撐；（2）提高輸電系統的靜態和動態穩定性；（3）降低暫態過電壓；（4）阻尼系統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）濾除流入系統的諧波電流。

具備如下主要功能：（1）在電力系統擾動情況下，提供有效的電壓支撐；（2）提高輸電系統的靜態和動態穩定性；（3）降低暫態過電壓；（4）阻尼系統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）濾除流入系統的諧波電流。

SVG是目前最先進的無功補償設備，目前全國范圍正大力推廣，但其技術還在發展階段，維護率較高，有待在運行中進一步考驗。