地铁供电系统无功补偿方案.docx
地铁供电系统无功补偿方案无功补偿就是采用外置的电流源补偿负载运行过程中所消耗的无功功率，提高系统的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。大多数的电力电子装置的功率因数很低，给电网带来额外的负担，并影响供电的质量。标签：地铁供电系统；无功补偿；SVC；SVG1引言电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压，从而完成能量的传递。需要强调的是：无功并不是“无用”电功率，只是它不对外做功而已。无功功率用Q表示，它的大小可以用功率因数cos这个参数表示：功率因数是有功功率P与视在功率S的比值，反映了电源输出地有功功率被有效利用的程度。功率因数越小，系统需要从电网上吸收的无功功率越大。2地铁无功特点及地铁现状2.1 地铁电力系统的特点大部分城市地铁采用11035kV主变电所集中供电方式，地铁供电系统中包含了大量的低压供电设备及长电缆线路，其自然功率因数较低。以深圳地铁一号线为例，11OkV西乡变电站的年平均功率因数不到0.8,因此需支付大量力调电费。由于地铁本身的工作特性，晚上地铁停运后母线处于无功倒送状态。根据已经运行的地铁观测，牵引负荷的功率因数比较高，均在0.9以上，0.4KV动力照明负荷则较低，在0.5左右。并且地铁空载状态下功率因数最低，在0.01左右，低负载状态下在0.05左右，满载状态时一般大于0.9,基本不需要补偿。2.2 地铁无功特点电缆的充电无功影响较大。夜晚功率因数低。无功波动大。存在冲击性负荷。2.3 地铁现状根据目前深圳地铁一号线IlOkV西乡变电站的实测值，天铁进线在秋冬季负荷率较低的情况下功率因数平均不到0.7（功率因数0.9为达标值），需要额外支付大量功率因数调整电费。地铁供电系统无功功率不能实现内部平衡，功率因数不符合要求，有必要安装无功补偿装置。3地铁无功补偿3.1 地铁无功补偿方式根据地铁供电方式运行特点，为抑制无功倒送、降低电压波动和消除谐波，我们采用的无功补偿方式有两种：3.1.1 在主变电所集中补偿。在主所35kvGlS母线上装设无功补偿装置。3.1.2 在变电所低压集中补偿，在0.4kv开关柜装设电容无功补偿装置。由于0.4kV装设的补偿装置采用的是电容组循环投切的方式，已经有比较成熟的运行经验和维护方法，其补偿效果也已在其他城市地铁中检验是可行的，因此本文不做讨论，主要讨论35kvGlS装设的补偿装置。3.2 中压补偿方式分类目前常用的补偿方案有：集中式补偿，分区集中补偿，分布式补偿三种，分布式补偿方式需要的设备最多，补偿效果相对来说最好，集中式补偿设备最少，投资最少，效果和其他两种方式相比较差。3.3 无功补偿的定义和意义3.3.1 系统功率因数过低，对电力系统和供电企业的影响很大。3.3.2 当用户功率因数偏低时，需要从电网上吸收无功功率，这样发电机组就要多发无功，降低了发电机效率。3.3.3 无功负荷在电网上传送，白白占用了输、变、配电设备的资源，使这些设备的利用率降低，达不到额定出力，增加设备投资。3.3.4 无功会影响系统电压，无功的传输和大量消耗，产生无功电压降，线路末端电压会很低，使系统电压不能满足要求，造成用电设备不能启动或者达不到额定功率。3.3.5 会使线路及电气设备中的谐波增大，使损耗增大，增加线损，增大了电费支出。并且根据供电企业规定：高压供电的用户，其功率因数不应小于0.9；低压供电的用户，其功率因数不小于0.85。功率因数过低会收取功率因数调整费，所以对于地铁供电这种高压用户，必须安装无功补偿装置。4补偿的常见方法4.1 采用SVC无功补偿装置SVC是静止无功补偿器的简称。其典型代表是晶闸管投切电容器（TSC）.晶闸管控制电抗器+固定电容器（TCR+FC）等。TSC使用高压可控硅组投切高压补偿电容器。一般情况下，按照一定的比例设计成多组支路的滤波器,在基波频率下成容性，分级改变补偿装置的无功出力，滤波支路在某次谐波下偏调谐，兼滤该次谐波。特点：能快速跟踪变化的负荷，实现动态投切；保证电容器投切瞬间无冲击涌流；自身功耗小；自身不产生谐波；对系统内有冲击性负荷，无功补偿需要频繁变化的场合。缺陷：电容器分组投切，补偿容量有台阶，在需要精确补偿场合，电容器分组要多，相对成本增加。TCR+FC通过调节晶闸管的触发角,实现连续调节补偿装置的无功功率。利用TCR回路吸收的感性无功功率，可以对无功功率进行动态补偿，使得并联滤波器中多余的无功功率得到平衡，确保补偿点的电压接近维持不变。特点：使用可控硅调节相控电抗器或磁饱和电抗器的输出电流，与电容器组配合实现动态无功连续补偿。缺陷：装置本身产生低次谐波，需要配置滤波电容器对自身产生的谐波进行滤波；配置的感性无功容量与容性无功容量基本相等，需双倍投资；装置占地面积大；电抗器噪音较大；装置自身功耗比较大，发热严重。4.2 采用SVG无功补偿装置SVG是静止无功发生器的简称，原理是将变流器并联在电网上，适当地调节变流器交流侧输出电压的相位和幅值，就可以使其吸收或发出满足要求的可连续调节的无功电流。其主要特点有：（1）装置体积小。（2）补偿电流谐波含量低,动态响应速度快。（3）双向、连续调节无功功率输出等优点。（4）该装置产生无功和消除谐波主要是靠其内部电子开关的频繁动作产生无功电流，取消了传统无功补偿装置中的电容器、电抗器，不会发生串联或并联谐振。缺点是造价高，初期投入比较大；设备比较复杂，自身损耗大。4.3 H.SVG装置H.SVG响应速度快，功耗和发热量小，可广泛适用各种负荷状况，起到稳定系统电压，增加变压器带载能力，抑制系统谐波的作用。如：因大量使用感应电动机，负荷冲击波动非常大，造成系统功率因数偏低。H.SVG能自动跟踪负荷变化，平滑无级输出与负荷的无功电流大小相等、方向相反的容性无功电流，使系统的功率因数达到0.98以上；另外，对于负载呈现容性或者是处在容性，感性反复变化的状态的现场，传统的无功功率补偿器无法达到补偿效果，使用该产品可使系统的功率因数达到0.98以上，节能和谐波抑制效果显著。采用高压连接变压器把系统电压降到适合功率单元工作的电压等级上，通过连接变压器把无功送入电网，H.SVG结构是基于逆变桥的并联结构模式。采用大功率的IGBT管组成三相逆变桥，可动态双向连续调节无功功率，可补偿感性无功，又可补偿容性无功。H.SVG调节速度快，适合于电网频繁波动的场合。自身功耗低，发热量小，节能效果明显。取消了传统的无功补偿装置中的补偿电容器，克服了传统补偿器易与系统发生谐振的缺点。输出无功电流是标准的正弦波，不产生谐波，在系统谐波电流较大环境下，H.SVG仍可正常运行。保护措施齐全、具有过流、过压、欠压、过热，电子元器件监测等多重保护。采用大容量，高清晰的人机界面彩色触摸屏，可显示和记录系统运行参数；菜单中文显示，图文并茂，显示界面能触摸设定，人机对话。可实时显示装置运行参数和历史事件记录。通过RS485接口、RS232接口或其他通讯方式，可与上位机进行通讯。5结束语以上所有的研究均是从理论计算方面对补偿方案进行分析，但实际补偿效果如何，以后正常运行时是否投入等，还需要在地铁运行的情况下进行实际检验，进而为其他线路的设计提供参考依据。参考文献1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(05)：36-37.
