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城市轨道交通供电系统无功补偿方式分析

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徐家辉

摘要：城市轨道交通的出现，缓解了人们出行的压力以及环境的污染。城市轨道交通的运行主要通过供电系统来提供电能。就目前来看，当前建设中最大的问题还是功率因数的问题，如果在建设时，一旦选择了错误的方式，供电部门将接受严重罚款。为了能够使当前的功率因素被提高，需要计算供电系统的负荷，从而推出几种不同的无功补偿方式，减少经济压力，进一步推动城市轨道交通的发展。

关键词：城市轨道交通;供电系统;无功补偿

就当前我国在轨道交通中供电系统的使用，主要包括运行时整个轨道交通的照明、各种轨道牵引系统以及维持交通行车动力的系统。所以，一旦供电系统出现问题，就会大大影响整个城市轨道交通的运行，也降低了运行期间的安全性。这就使得在建设城市的轨道交通时，必须要严格精确的对功率因素进行分析，从而能够更加平衡的采取无功补偿的方式。

一、轨道交通供电系统组成

当前几乎所有的轨道交通都采用的是集中供电的供电系统。具体的设置如下：设置出两台电压为110/35kV的主变压器于主变电座，对于整个城市电网的支持则是提供两回专业的线路来对这两台主变压器进行单独的供电。供电过程中，将原本110kV的电压转化成35kV的电压，从而能够通过电压为35kV的供电环网电缆，然后再向每个地铁车站的变电所进行供电。对于轨道的牵引供电系统来说，通常采用的是DC750/1500V的供电方式[1]。图1位城市轨道供电系统的示意图。

电源为牵引（降压式混合动力）网中两个驱动控制单元经按压校正后输出的750/1500V直流电，通过牵引网输送至列车牵引用电负荷，从而进行供电。

而提供动力的电力系统以及照明系统电压为380/220VAC。一般来说，每一个地铁车站都会设一个用于降压的变电所，该变电所还会配制两台动力变压器[2]。降压通常是通过这两台变压器来实现的，最后通过配电照明系统向功率范围内的车站和区间用电负荷提供0.4kV的低压电能。

二、地铁供电系统负荷功率因数

1、牵引负荷

在当前牵引变电所中，一般采用的是24脉的整理方式，而其整体的总功率因素大概为0.95。从目前来看，我国使用的牵引负荷方式十分少，而且很容易就能对其进行控制，其整体的功率因数十分高，并且很可靠，对于无功功率的要求很低。

2、变压器及电缆

对于变压器和电缆来说，都能够在一定的情况下提供无功。一旦成功完成供电系统的建设，那么就会使变压器和电缆的无功趋于一定稳定，使其能够更好的被控制。

3、动力及照明负荷

对城市轨道提供的动力以及照明的相关电力系统十分复杂且多，比如當前的通信系统、信号系统等等，每一个单独的用电系统其中的内容有大不相同，所以使得其开机的时间、功率因素也恨不确定，无法很快的进行控制。

三、各类负荷引起电能质量问题主要表现

（1）功率的因数低，且在运行过程整个电网会出现很大的损耗，包括建设以及运行中的生产成本十分高，而总体的效率又很难跟得上，这就使得其整体的工厂面临一定的安全问题[3]。（2）无功负荷突变可能直接导致电压下降，电网电压的波动甚至或使得整个电力设备被破坏，无法使用。（3）非线性负荷的谐波流动引起电网电压的畸变。

四、补偿方案

一般来说，选择无功补偿的方式需要根据当前供电局考核的点来进行。通常是对当前轨道交通的供电系统的所有组成部分及其复合的组成来进行仔细的分析。对于无功的基本特点为：使用的电脑无功的影响十分大;在不运行的夜晚中，行车的停运使得整体的功率因素变低，使得无功倒送;存在一定的具有冲击力的负荷;无功的波动十分强烈。不过，就当前来说，供电局一般只会要求使用电力的用户本身能够达到要求的功率因素就行了，关于电缆无功倒送的问题，可以在之后当其符合变高的时候能够自然的相抵消或者是采用100kV的馈线端结合着电抗器的使用来进行解决。未来能够使得整个地铁中网络的所有无功能够达到一定的平衡，需要在最主要的变电所进行无功的补偿，以实现整体的发展。

具体的补偿技术有以下几点：（1）采用电容和电抗器进行无功补偿;（2）静止无功补偿器（SVC）;（3）静止无功发生器（SVG）。

五、静止无功发生器（SVG）的无功补偿

静止无功发生器简称为SVG。该方式的无功补偿成效主要是通过原来的电压源型变流器中的补偿装置来达到的。且需要采用具有较大功率的电力设备的高频开关来变换器无功的能量。以下是其主要的功能：

（1）当电力系统收到一定扰动时，能够为整体的电力系统提供十分有效的电压，使其支撑系统不受扰动，保持稳定;（2）使整个系统中的动静态稳定性被进一步的提高;（3）对暂态过电压进行有效的降低;（4）对当前流进电力系统中的一些谐波电流进行滤除;（5）进一步提高电压电流之间的平衡度，使其不产生不对称的电荷;等。

从当前已经被运用的SVG来看，如果只采用SVG的话，