SVG在天津地铁供电系统的应用.doc

1、1SVG 在天津地铁供电系统的应用摘要：本文分析了地铁供电系统功率因数的特点，介绍了天津地铁供电系统 SVG组成及功能，分析了 SVG设备运行维护的基本情况，有一定参考价值。 关键词：功率因数；无功补偿；SVG 中图分类号：TK315 文献标识码： A 为了解决地铁系统功率因数，需要一种既能补偿容性无功又能补偿感性无功的设施，采用普通的并联电容无功补偿已经不能满足要求。随着电力电子的发展，IGBT 技术的成熟，新型的静止无功补偿器（SVG）已经较多的投入运行，它能够根据系统功率因数及时发出或吸收系统要求的无功，保证功率因数保持在一个要求的水平上。 1 地铁供电系统功率因数特点 地铁主变电所的功

2、率因数主要由牵引负荷和动力照明负荷的性质所决定。对于牵引负荷，由于采用 24脉波整流方式，理论基波功率因数在0.98以上，不可调变流器的位移因数在 0.95以上，因而其总功率因数可达 0.96左右。对于动力照明负荷，主要产生感性无功，大部分功率因数比较低，一般在 0.8左右。 在地铁运行初期，由于牵引及动力负荷（主要为感性）较小，35kV电缆充电无功（容性）作用显著，导致这部分容性无功无法被中和，以致返送至电力系统。我国现在运营的城市轨道交通系统，如天津津滨轻2轨、南京地铁等，在运营初期不投入低压无功功率补偿装置的情况下，仍存在容性无功返送的情况，导致主变电所功率因数达不到电力部门的要求。 2

3、 天津地铁 SVG各部分组成 SVG 动态无功补偿装置的主要配置及组成如下图所示，主要由控制柜、启动柜及功率柜构成。 启动柜由启动开关、充电电阻、隔离刀闸和接地刀闸等几个部分组成。SVG 装置的启动方式设计为自励启动。在主开关合闸后，系统电压通过充电电阻对功率单元的直流电容进行充电，当充电电压达到额定值的80后，控制系统闭合启动开关，将充电电阻旁路。在装置进行检修时，隔离刀闸和接地刀闸提供了安全保证。隔离刀闸可将装置与系统断开，提供明显的断开点，接地刀闸保证装置输入侧处于接地状态。 功率柜的主要组件是功率单元。VG 功率柜有 4个，其中每个功率柜分三层安装有 9个功率单元，每相 12个功率单元

4、。功率模块的控制器，除了采样回路、保护回路和输出驱动回路外，几乎所有的逻辑和通讯处理均采用大规模 FPGA芯片完成，智能化的设计使得硬件设计简单，软件设计灵活，便于以后的功能修改和升级，而且可靠性高，受功率器件的干扰小。由功率模块构成的 IGBT逆变装置将直流电压逆变成交流电压，并控制该交流电压的频率、幅值和相位，从而实现整个装置输出无功调节和滤波功能，SVG 输出交流电压经隔离变压器升压后接入系统； 直流电容选用薄膜电力电容。直流电容器为装置提供直流电压支撑3（相当于调相机的励磁装置） ，并对直流电压起平波作用；采用功率电阻和开关串联的方式进行放电，不但可以实现均压，而且在输入开关断开后，可

5、以给直流电容放电，避免人身伤害事故的发生。 控制柜由主要由控制器、显示操作面板、控制电源、继电器、空气开关等部分组成。控制电源提供了 DC24V和 DC5V电源系统，为控制器和继电器操作供电。显示面板包括了液晶屏显示、信号指示灯和数字显示表。控制器由西门子 PLC模块、触摸屏、主控制器组成。控制保护监测综合系统可快速检测系统的电压、无功变化，计算装置所应提供的无功容量，并据此实现触发脉冲产生和分配；并对成套装置实现分层分级的保护。 3 SVG 设备的运行情况 天津地铁 2、3 号线共有 4座 110kV主变电站，共配置国内两个知名品牌的 SVG设备 8套，自 2012年陆续投运，设备共发生故障

6、 20多次，主要的故障类型如下： (1)由于环境条件不佳，造成设备停机。 初期变电站未安装空调，设备本身散热量较大，导致温度较高，易造成设备自保护，致无法投运。 (2)开关电源故障 个别开关电源质量不可靠，造成设备故障，共发生 4次。 (3)IGBT 驱动板故障 共发生 3次。 (4)控制设备死机 4原因不明，共发生 2次。重启设备后恢复正常。 (5)元器件插接不良 设备组装缺陷，重新插接后设备恢复正常。 (6)设备不明原因保护动作共发生 3次。 综上，自设备投运以来，由于环境、设备元器件质量、设备组装等因素，发生了一些造成设备停运的故障（主要是元器件故障） ，但设备保护系统均可靠动作，未造成

7、较严重的设备损失；总体上来说，运行较平稳、可靠。 4 SVG 设备的维护 SVG 设备具有较好的免维护性，但是，由于环境的温度、湿度、粉尘及振动等因素的影响， SVG 内部器件的老化及磨损等诸多原因，都会导致 SVG潜在的故障发生，因此，需要对 SVG进行日常和定期的保养及维护。 4.1 日常巡检 （1）运行中应每天检查室内温度，通风情况，注意室内温度不应超过 38；当室内温度高于 38应尽快做降温处理，如加强室内外通风，开启空调，打开功率柜柜门等；若室内温度低于 2时，应停止功率柜风机，待室温高于 20时再重新开启。 （2）运行中应每天巡视装置状态，如果装置内发出异常声响，排风口处没有出风或

8、风量比平时偏小，则应立即停机更换风扇，当装置出现异味（特别是臭氧味）时，应立即检查处理。 （3）运行后应每年安排一次计划停机，并打开一个功率单元抽检电5容，如果其中任何一个电容出现电解质泄露、安全阀冒出或电容主体发生膨胀时，应进行更换处理。 （4）检查变压器柜、功率柜滤尘网是否通畅；散热风机运转是否正常。 （5）SVG 投入运行第一个月内，将变压器所有进出线电缆、功率单元 进出线电缆紧固一遍，以后每半年紧固一遍，并用吸尘器清楚柜内灰尘。 4.2 定期维护 （1）投运后，每一季度应重复进行一次测量接触点温度的工作。 （2）每运行半年，应对电路板，设备内外上的粉尘进行一次全面的清扫，建议使用吸尘器

9、。 （3）每运行半年，应对变压器所有进出线电缆、功率单元进出线电缆紧固一遍。 （4）在停电状态下，建议用 2500V摇表测量每一个功率单元对地的绝缘电阻，应不小于 10兆欧； （5）长期存放的 SVG须在 2年内作一次通电试验，通电前须作耐压试验。 4.3 特别更换 SVG 易损坏器件主要为冷却风机，冷却风机可能损坏原因：轴承磨损，叶片老化。判断标准：停机时风扇叶片等是否有裂缝，开机时声音是否有异常振动。当判断冷却风机存在缺陷或故障后应立即更换。 65 结语 在地铁运行初期，由于牵引较小，系统功率因数较小，以致不满足电力系统对用户功率因数的要求，投入 SVG可以有效的对地铁供电系统的功率因数进行补偿。天津地铁 2、3 号线 110kV主变电站均采用以 IGBT 为核心的动态补偿 SVG 系统，供电系统送电初期，功率因数曾低至0.6，设备投运后功率因数提高至 0.99，总体上来说运行平稳，起到了较好的补偿效果。 参考文献： 1焦剑扬，刘明光牵引变电所无功补偿方式综述J.电气开关，2006，(6) 作者简介，陈怀军，男（1981-） ，工程师，毕业于兰州交通大学电气工程学院，电气工程及其自动化专业，现就职于天津地铁运营公司设备中心，负责供电系统全面管理。