城市軌道交通供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償方式分析

X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(yùn)行主要通過供電系統(tǒng)來提供電能。就目前來看，當(dāng)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(shí)，一旦選擇了錯(cuò)誤的方式，供電部門將接受嚴(yán)重罰款。為了能夠使當(dāng)前的功率因素被提高，需要計(jì)算供電系統(tǒng)的負(fù)荷，從而推出幾種不同的無功補(bǔ)償方式，減少經(jīng)濟(jì)壓力，進(jìn)一步推動(dòng)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(bǔ)償

就當(dāng)前我國(guó)在軌道交通中供電系統(tǒng)的使用，主要包括運(yùn)行時(shí)整個(gè)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(dòng)力的系統(tǒng)。所以，一旦供電系統(tǒng)出現(xiàn)問題，就會(huì)大大影響整個(gè)城市軌道交通的運(yùn)行，也降低了運(yùn)行期間的安全性。這就使得在建設(shè)城市的軌道交通時(shí)，必須要嚴(yán)格精確的對(duì)功率因素進(jìn)行分析，從而能夠更加平衡的采取無功補(bǔ)償?shù)姆绞健?/p>

一、軌道交通供電系統(tǒng)組成

當(dāng)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(tái)電壓為110/35kV的主變壓器于主變電座，對(duì)于整個(gè)城市電網(wǎng)的支持則是提供兩回專業(yè)的線路來對(duì)這兩臺(tái)主變壓器進(jìn)行單獨(dú)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(gè)地鐵車站的變電所進(jìn)行供電。對(duì)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(dòng)力）網(wǎng)中兩個(gè)驅(qū)動(dòng)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(fù)荷，從而進(jìn)行供電。

而提供動(dòng)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(gè)地鐵車站都會(huì)設(shè)一個(gè)用于降壓的變電所，該變電所還會(huì)配制兩臺(tái)動(dòng)力變壓器[2]。降壓通常是通過這兩臺(tái)變壓器來實(shí)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(fù)荷提供0.4kV的低壓電能。

二、地鐵供電系統(tǒng)負(fù)荷功率因數(shù)

1、牽引負(fù)荷。在當(dāng)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(guó)使用的牽引負(fù)荷方式十分少，而且很容易就能對(duì)其進(jìn)行控制，其整體的功率因數(shù)十分高，并且很可靠，對(duì)于無功功率的要求很低。

2、 變壓器及電纜。對(duì)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(huì)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(dòng)力及照明負(fù)荷。對(duì)城市軌道提供的動(dòng)力以及照明的相關(guān)電力系統(tǒng)十分復(fù)雜且多，比如當(dāng)前的通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)等等，每一個(gè)單獨(dú)的用電系統(tǒng)其中的內(nèi)容有大不相同，所以使得其開機(jī)的時(shí)間、功率因素也恨不確定，無法很快的進(jìn)行控制。

三、各類負(fù)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(yùn)行過程整個(gè)電網(wǎng)會(huì)出現(xiàn)很大的損耗，包括建設(shè)以及運(yùn)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(fù)荷突變可能直接導(dǎo)致電壓下降，電網(wǎng)電壓的波動(dòng)甚至或使得整個(gè)電力設(shè)備被破壞，無法使用。（3）非線性負(fù)荷的諧波流動(dòng)引起電網(wǎng)電壓的畸變。

四、補(bǔ)償方案

一般來說，選擇無功補(bǔ)償?shù)姆绞叫枰鶕?jù)當(dāng)前供電局考核的點(diǎn)來進(jìn)行。通常是對(duì)當(dāng)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(jìn)行仔細(xì)的分析。對(duì)于無功的基本特點(diǎn)為：使用的電腦無功的影響十分大;在不運(yùn)行的夜晚中，行車的停運(yùn)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(fù)荷;無功的波動(dòng)十分強(qiáng)烈。不過，就當(dāng)前來說，供電局一般只會(huì)要求使用電力的用戶本身能夠達(dá)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(dāng)其符合變高的時(shí)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(jìn)行解決。未來能夠使得整個(gè)地鐵中網(wǎng)絡(luò)的所有無功能夠達(dá)到一定的平衡，需要在最主要的變電所進(jìn)行無功的補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)整體的發(fā)展。

具體的補(bǔ)償技術(shù)有以下幾點(diǎn)：（1）采用電容和電抗器進(jìn)行無功補(bǔ)償;（2）靜止無功補(bǔ)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(bǔ)償

靜止無功發(fā)生器簡(jiǎn)稱為SVG。該方式的無功補(bǔ)償成效主要是通過原來的電壓源型變流器中的補(bǔ)償裝置來達(dá)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(dāng)電力系統(tǒng)收到一定擾動(dòng)時(shí)，能夠?yàn)檎w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(dòng)，保持穩(wěn)定;（2）使整個(gè)系統(tǒng)中的動(dòng)靜態(tài)穩(wěn)定性被進(jìn)一步的提高;（3）對(duì)暫態(tài)過電壓進(jìn)行有效的降低;（4）對(duì)當(dāng)前流進(jìn)電力系統(tǒng)中的一些諧波電流進(jìn)行濾除;（5）進(jìn)一步提高電壓電流之間的平衡度，使其不產(chǎn)生不對(duì)稱的電荷;等。

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

雖然SVG十分先進(jìn)，效果也十分明顯，但是由于該技術(shù)是剛剛開發(fā)出來，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(bǔ)償方式使必須要符合當(dāng)前科學(xué)化的發(fā)展，一定要確定好當(dāng)前需要被補(bǔ)償設(shè)施的容量，從而有針對(duì)性的進(jìn)行補(bǔ)償，提高其有效性。這種科學(xué)化的方式不僅能夠提升當(dāng)前供電系統(tǒng)對(duì)于城市交通軌道的運(yùn)行效率，而且還能夠減少經(jīng)濟(jì)壓力，提高經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[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(guó)電力出版社，2016.

（作者單位：蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司）