对城市轨道交通供电的无功补偿设备的安装与容量确定的分析.doc

1、对城市轨道交通供电的无功补偿设备的安装与容量确定的分析摘 要：城市轨道交通供电系统设备的安装工作和容量的分析对交通运输行业的发展具有举足轻重的作用。现阶段，城市轨道交通供电系统中依然存在很多亟待解决的问题，最为突出的就是无功功率补偿问题。本文主要根据具体的交通供电系统的无功性质的差异，论述了相应的解决方式，同时也为无功补偿 SVG 设备的容量计算提供了可供参考的方案。关键词：城市轨道交通 供电 无功补偿设备 安装 容量 中图分类号：C913.32 文章标识码：A 文章编号： 随着我国城市交通运输业的不断发展，对城市轨道交通供电的无功补偿设备的安装标准也有所提升。城市轨道交通供电系统具有一定的特

2、殊性，主要的供电负荷包括为机车提供必要的动力，以及为车站照明设备和通风设施提供电能等，这些都需要对使用的电能质量有详细的了解，在此基础上遇到问题才能迅速找到解决问题的有效措施。 一、城市轨道交通供电的无功补偿设备的安装 目前，我国约 30 个城市已经或正在建设地铁工程和轻轨工程，以缓解地面巨大的交通运输压力。在城市轨道交通运输中，供电系统是十分重要的一个子单位工程。城市轨道交通供电系统的供电方式根据市公用电网的分配输送模式分为集中供电和分散供电。青岛地铁 3 号线一期工程的供电系统为分散供电，即由两所 220kV/35KV 城市电网变电站，分别向 2 座电源开闭所提供 35kV 进线电源。再由

3、 2 座电源开闭所分配输送到下级各供电分区的牵引、降压变电所，为机车牵引、动力照明以及所有机电设备提供电能。纵观现阶段我国多数城市的轨道交通供电情况仍然有很严重的无功损耗现象，极大地浪费了电能资源，影响了电能质量，同时不利于轨道交通业的可持续发展。 青岛市地铁 3 号线一期工程全部为地下车站，空调系统、通风系统、给排水系统等大型设备较多，且均使用异步电动机作为动力源，其消耗的无功功率较多，另外照明系统也消耗一部分无功功率，因此配电变压器低压出口侧的功率因数相应较小。地铁系统中还采用了大量的变频设备、UPS 电源装置、高频模块电源装置和其他电子设备，这些设备会产生大量的调制谐波，对系统造成严重污

4、染，造成设备损坏，损耗加大，影响设备系统正常运行。 除此之外，地铁运行中，机车动力负荷较大，依据这些设备的运行情况和等效电路模型可以判断出在机车负荷运行的过程中变压器与机车本身会消耗非常多的感性无功功率，而中压电缆因分布电容的存在消耗容性无功功率，但总的来说消耗感性无功功率较多，负载呈感性，功率因数较低。而夜间，地铁停止运行，则负荷比较低，这时的电缆具有的呈容性负载要比轨道交通供电系统中的感性负载大很多，负载呈容性，同样致使总体的功率因数比较低。同时，当机车在进行不具有连续性的运作时，此时的功率因数波动变化大，消耗大量无功能量，大大降低了供电效率。 为了减少电能损耗，抑制谐波污染，改善城市轨道

5、供电工程的电能质量，满足城市电网的要求，采取有效的无功功率补偿和滤波措施是必要的。 提高功率因数、抑制谐波的措施主要是要在系统中安装无功功率补偿设备和滤波装置。而增装无功补偿设备、滤波装置会在很大程度上增加供电设备的初期运营成本，所以在安装的时候要根据具体的用电情况，从经济与技术两个方面来分析和确定无功补偿设备的容量，达到经济效益与社会效益的统一。 对于城市轨道交通系统无功补偿设备的选择需要考虑的实际问题有设备的占地面积、具体的运行情况、感性、容性功率的输出范围、响应时间的长短等。综合分析各种因素。在无功补偿领域最新技术应用中，一种较为成熟的动态无功补偿设备（SVG） ，既可以补偿感性无功也可

6、以补偿容性无功，同时具有谐波抑制功能，此外该设备还可以跟踪系统功率因数和谐波含量，实现动态补偿，目前在天津、广东东莞等城市的轨道交通工程中已开始应用。它具有非常小的占地面积，但是运行的范围却十分广阔，同时具有很快的响应速度，在运行的过程中也能有效抑制谐波。具体的安装方式包括三种，分别是集中式补偿、分区集中式补偿、分布式。每种方法都有其安装的特点，在安装之前要对地铁中电缆两端的电压进行计算。在实际的应用中电缆的长度越短，则两端电压的数值基本等同，且拥有非常相似的电能质量。如果在城市轨道交通供电内部，变电所之间的距离有 1 公里到 3 公里左右，则在分区间的距离就大概是5 公里到 6 公里左右。倘

7、若一台变压器出现了故障，在两端的部分，最长的电器距离就会小于 15 公里，在这样的情况下，安装无功补偿设备的方式可以选择分布式补偿，也可以选择分区集中补偿，还可以选择集中式补偿等，这三者的安装效果是大同小异的。从经济节约的角度来看，无功补偿设备的安装不仅要充分考虑到设备本身的价值，还要考虑到交通工程的建设长期发展情况。通常情况下，城市轨道交通供电系统的变电所都是设置在城市的中心区位，便于管理和提高输电的效率，与此同时，市中心的土地占用面积费用非常高，在正式的施工阶段和项目投入使用之后会进一步增添项目的成本支出，所以在城市轨道交通供电系统中基于经济优势考虑主要应用集中补偿式。青岛地铁 3 号线一

8、期工程也基于上述因素在每座电源开闭所设置 2 套 SVG 装置，分别接于两段不同的35kV 母线上。 对于城市轨道交通系统滤波装置，目前通常采用在变电所 0.4kV 侧安装具有一定无功补偿功能的有源滤波装置。该装置一方面对于低压用电负荷变化大起到就近无功补偿作用，一方面起到谐波治理的作用。 二、城市轨道交通供电的无功补偿容量确定的分析 城市轨道交通供电系统安装无功补偿设备的补偿容量的计算重点是选择适当的参数。参数的确定需要综合各种因素来考虑。包括要仔细研究电缆、变压器、机车动力、大型的机电设备和通风照明等设备在不同工作环境和工作时间之下的具体运行状况等，在进行计算的时候，还要准确掌握所用电缆的

9、总体长度以及电缆单位长度之下的电气参数，同时还要清楚交通供电系统中所使用的变压器的额定参数，变压器在不同情况下的荷载率也有所差异，对每一种运行的情况都要有所掌握，当机车在负载运行的时候额定功率值也要准确把握，同时还要清楚功率因数，最后是要了解通风空调照明负载的额定功率。 城市轨道交通供电系统一般在夜间的运行功率非常低，呈容性，而在白天运行的时候则处于满载的状态，呈感性，所以在计算容量的时候需要将超前和滞后、低载状态和满载状态的有功功率和无功功率都计算出来，通常功率因数需补偿到 0.9 以上，通过这样的方式来最终确定无功补偿设备的安装容量。 在城市轨道交通供电的无功补偿设备安装之后会为城市轨道交

10、通行业提供更多的便利，最为明显的体现就是响应了国家节能减排的号召，同时还可以有效减少交通供电系统的电压波动情况，这样对所投入使用的 SVG 设备也有较好的调节作用。并联于电网中的 SVG 设备可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿电网系统所需无功功率，对电网无功功率实现动态无级补偿，电能的质量也有了很大的提高。利用无功功率设备还可以最大限度地提高功率因数，限制过补偿现象。在城市轨道交通供电系统的正常运行中，交通的负荷变化幅度比较大，在停止运行的期间，又会发生电缆的电容充电无功率的倒送问题，这就会导致轨道交通在一天的多数时段处于功率因数超前、偏低的状态下，使用无功补偿设备之后可以大大提

11、高供电的功率因数，降低了功率过低而出现的经济损失和能量浪费的情况。使用 SVG 无功功率设备还可以降低谐波的含量，城市轨道交通供电系统中存在着很多的谐波，这些会在一定程度上损伤相关的设备，给系统的运作带来一定的损伤，使用 SVG 设备可以将损失降低到最小限度。 结束语： 综上所述，城市轨道交通供电系统的无功补偿设备的安装对整个系统的运行提供更多的便利条件，同时可以运用集中补偿的方式安装 SVG设备，该设备的占地面积小、输出功率范围大、响应时间快、安装数量少等，可以对无功功率问题起到很好的解决效果，不仅节约了成本费用，还可以提高供电的质量，将经济效益与环境效益高度统一起来，实现了预期的目的，也为城市的发展做出了应有的贡献。 参考文献： 1程浩忠电力系统无功与电压稳定性M北京：中国电力出版社，2004 2李鲲鹏，吴柳青地铁供电系统无功补偿方案J低压电器，2006(2) 3郭其一，周桂法，周巧莲，毛中亚城市轨道交通系统混合滤波器的设计及仿真J同济大学学报(自然科学版)，2009(3) 4李听，陈智芳轨道交通谐波的管理J上海电力，2006(1) 5段立新.动态无功补偿装置在地铁主变电所的应用研究J.低压电器，2009(12) 6耿亮，虞苍璧，刘宝诚.城市轨道交通供电无功补偿设备安装及容量确定J.电气技术，2012(5)