吳章輝

摘 要：供電系統(tǒng)是地鐵運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵，提高地鐵供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量需要提高地鐵變電所的功率因數(shù)，提高系統(tǒng)的電壓質(zhì)量。SVG無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)于地鐵供電系統(tǒng)的提質(zhì)、諧波污染的治理等具有重要的作用。文章主要介紹SVG無(wú)功補(bǔ)償裝置，對(duì)SVG的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，并闡述其在地鐵變電所中的適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞：地鐵；SVG裝置；無(wú)功補(bǔ)償；特點(diǎn)；適應(yīng)性

SVG的全稱(chēng)是Static Var Generator，即靜止無(wú)功發(fā)電器，人們常根據(jù)它的作用方式，將其稱(chēng)為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。SVG裝置應(yīng)用的是PWM控制技術(shù)和自換相橋式電路，對(duì)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)波動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)地跟隨，以此對(duì)自身的輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有無(wú)功補(bǔ)償、抑制電壓波動(dòng)、濾波等功能。一般情況下，地鐵供電系統(tǒng)的供電方式為集中供電，主變電所的電壓等級(jí)為110kv，在地鐵運(yùn)行調(diào)試、初期或者客流量不大時(shí)，功率因數(shù)較低，同時(shí)還存在被供電局考核罰款的情況，如：深圳地鐵、廣州地鐵等，因此，地鐵中的無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)于提高供電系統(tǒng)的功率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 地鐵無(wú)功補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)狀

通常情況下，地鐵的供電系統(tǒng)使用的供電制式是兩級(jí)供電，一級(jí)是專(zhuān)用110kv的主變電所，而下一級(jí)為35kv牽引所、降壓所、牽引降壓混合所，地鐵屬于高壓用電，在不采取無(wú)功補(bǔ)償措施的情況下，大部分主變電所每月的平均功率因數(shù)低于0.9。照明負(fù)荷、列車(chē)牽引負(fù)荷是地鐵中主要的用電負(fù)荷；其中動(dòng)力負(fù)荷設(shè)備主要是電動(dòng)機(jī)、照明設(shè)備采用LED等；由于電動(dòng)機(jī)和LED采用變頻技術(shù)，這些低壓設(shè)備具有較低的功率因數(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)一般采取分散就地補(bǔ)償?shù)脑瓌t。相比之下，列車(chē)的牽引負(fù)荷功率因數(shù)較高，平均不低于0.95。

集中補(bǔ)償與分散補(bǔ)償相結(jié)合是地鐵供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償原則，分散補(bǔ)償針對(duì)的主要是各低壓設(shè)備，對(duì)此進(jìn)行就地補(bǔ)償裝置。集中補(bǔ)償是在35kv和380V側(cè)進(jìn)行的。而地鐵主變電所功率因數(shù)不達(dá)標(biāo)，且呈容性的主要原因是地鐵供電線(xiàn)路大量采用電纜，其中以110kv及35kv環(huán)網(wǎng)電纜容抗影響最大，同時(shí)存在主變壓器損耗，需補(bǔ)償其無(wú)功損耗，以此降低供電系統(tǒng)的無(wú)功功率需求，實(shí)現(xiàn)供電網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功耗損的降低，提高其功率因數(shù)。在地鐵運(yùn)行中，各個(gè)車(chē)站變電所以下的配電線(xiàn)路通過(guò)向負(fù)荷端輸送，為用戶(hù)提供所需的無(wú)功。為了達(dá)到降低線(xiàn)路壓降的目的，需要在發(fā)生無(wú)功功率的地方進(jìn)行及時(shí)就地補(bǔ)償，就地平衡無(wú)功，對(duì)長(zhǎng)距離的電力輸送起到減緩的作用。我國(guó)目前的地鐵運(yùn)營(yíng)，在對(duì)地鐵線(xiàn)路的供電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償，應(yīng)遵循低壓分散就地補(bǔ)償原則，即：誰(shuí)產(chǎn)生誰(shuí)補(bǔ)償。根據(jù)實(shí)際的、具體的地鐵變電所的負(fù)荷無(wú)功狀況，在各個(gè)車(chē)站、區(qū)間的變電所內(nèi)設(shè)置低壓電容無(wú)功補(bǔ)償柜，確保地鐵變壓所的功率達(dá)到0.9的因數(shù)，減少變壓器的穿越功率。

近幾年，一些地鐵的運(yùn)營(yíng)中，存在供電局考核罰款的現(xiàn)象，且罰款數(shù)額較大，為了解決供電局考核的罰款問(wèn)題，各地鐵才開(kāi)始在主變電所裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置。

2 SVG裝置

2.1 SVG裝置概述

SVG是無(wú)功補(bǔ)償領(lǐng)域的新技術(shù)，靜止無(wú)功補(bǔ)償器的新一代產(chǎn)品。它在電網(wǎng)中并聯(lián)，功能與可變的無(wú)功電流源相當(dāng)，對(duì)交流側(cè)電流的相位、幅值進(jìn)行直接的控制，或者對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)所需要的無(wú)功功率進(jìn)行迅速的發(fā)出、吸收，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功的動(dòng)態(tài)快速調(diào)節(jié)。當(dāng)SVG裝置采用的是直流電時(shí)，不僅可以跟蹤補(bǔ)償沖擊電流，還可以對(duì)諧波電流實(shí)施跟蹤補(bǔ)償。同時(shí)，由于SVG裝置中運(yùn)用了電子逆變技術(shù)，在無(wú)功補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程中，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電流與需要補(bǔ)償?shù)膶?duì)象產(chǎn)生抵消作用，這個(gè)電流與需要補(bǔ)償?shù)膶?duì)象應(yīng)大小相同，方向相反，使功率的因數(shù)接近于1。

2.2 SVG的特點(diǎn)

SVG具有自身的特點(diǎn)，第一，SVG有抗諧波的特點(diǎn)，以此保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因?yàn)镾VG使用的是可控電流源，因此進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膶?duì)象僅是基波無(wú)功電流，不會(huì)因系統(tǒng)諧波電流而損壞補(bǔ)償設(shè)備，從而減少設(shè)備維護(hù)的工作，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。SVG是并聯(lián)作用，這就避免了因串電抗的電容器組而放大了諧波，防止因?yàn)橹C波的過(guò)電壓而損壞系統(tǒng)的補(bǔ)償設(shè)備和其他設(shè)備。第二，SVG具有動(dòng)態(tài)連續(xù)平滑補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)，可以較高速的響應(yīng)速度，達(dá)到更好的電壓閃變得的補(bǔ)償效果。它可以根據(jù)負(fù)載的變化，連續(xù)動(dòng)態(tài)地對(duì)功率因數(shù)實(shí)施補(bǔ)償，可以吸收無(wú)功，也可以發(fā)送無(wú)功，從而杜絕無(wú)功倒送情況的發(fā)生。第三，解決負(fù)荷的不平衡。此外還可以在補(bǔ)償無(wú)功功率的過(guò)程中，同步的動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償諧波。

2.3 SVG的優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的電容無(wú)功補(bǔ)償裝置相比，SVG在補(bǔ)償方式、補(bǔ)償時(shí)間、有級(jí)無(wú)極、諧波濾除、使用壽命等方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。在補(bǔ)償方式方面，通過(guò)傳統(tǒng)的電容無(wú)功補(bǔ)償裝置補(bǔ)償后，一般會(huì)到達(dá)0.85左右的功率因數(shù)。而采用SVG，通過(guò)電源模塊實(shí)行無(wú)功補(bǔ)償后，會(huì)提高功率因數(shù)，使其達(dá)到0.97或者以上，對(duì)沖擊負(fù)荷有很好的補(bǔ)償效果。就補(bǔ)償時(shí)間而言，在傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償過(guò)程中，實(shí)施每次補(bǔ)償需要的時(shí)間都不少于200毫秒，而SVG完成一次補(bǔ)償需要的時(shí)間在5-20毫秒之間。同時(shí)，應(yīng)在瞬間完成無(wú)功補(bǔ)償，補(bǔ)償時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)不該補(bǔ)償無(wú)功的時(shí)候進(jìn)行補(bǔ)償，而該補(bǔ)償無(wú)功時(shí)卻沒(méi)有的不好現(xiàn)象。此外，SVG不會(huì)放大諧波，對(duì)較多的諧波進(jìn)行濾除，使用壽命一般超過(guò)十年，具有極小的耗損，對(duì)此不需要維護(hù)。

3 地鐵變電所中SVG的適應(yīng)性

3.1 諧波治理

含有變頻設(shè)備的動(dòng)照負(fù)荷和需要整流設(shè)備的牽引負(fù)荷是地鐵供電系統(tǒng)諧波的兩個(gè)主要來(lái)源。整流機(jī)組輸出脈波數(shù)影響整流機(jī)組產(chǎn)生的諧波電流次數(shù)。在理想狀態(tài)下，整流機(jī)組高壓側(cè)產(chǎn)生的諧波電流次數(shù)可表達(dá)為：N*A±1，其中N為正數(shù)，A表示整流機(jī)組脈波數(shù)，從而可以得出機(jī)組脈波數(shù)越高，就會(huì)產(chǎn)生越少的較低次數(shù)的諧波，對(duì)系統(tǒng)將產(chǎn)生較小的影響。同時(shí)，為了更有效的減少諧波的污染，可采用24脈波的整流機(jī)組，使諧波的產(chǎn)生更少。動(dòng)力照明負(fù)荷主要有排水、消防、通風(fēng)、車(chē)站照明、自動(dòng)扶梯等，包括大量的變頻負(fù)荷。在我國(guó)目前的地鐵線(xiàn)路的建設(shè)中，可設(shè)置有源的濾波裝置以減少動(dòng)力照明負(fù)荷產(chǎn)生的諧波。所用，在使用SVG裝置時(shí)可同時(shí)使用有源濾波裝置。

3.2 無(wú)功補(bǔ)償

動(dòng)力照明負(fù)荷和牽引負(fù)荷的性質(zhì)決定地鐵供電系統(tǒng)的功率因數(shù)。就牽引負(fù)荷而言，一般采用的方式是24脈波整流，理論基波的功率因數(shù)達(dá)到0.98，總功率因數(shù)達(dá)到0.95。地鐵運(yùn)營(yíng)的初期，動(dòng)力和牽引負(fù)荷小，夜間的負(fù)荷較低，供電系統(tǒng)的功率因數(shù)較低，由于電纜的充電無(wú)功影響，此時(shí)主變電所功率因數(shù)呈容性，需要發(fā)出容性無(wú)功對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。SVG無(wú)功補(bǔ)償裝置，可以根據(jù)負(fù)荷的波動(dòng)，自動(dòng)地對(duì)系統(tǒng)功率的因數(shù)進(jìn)行調(diào)整，發(fā)出或者吸收無(wú)功，以此適應(yīng)地鐵供電系統(tǒng)的負(fù)荷。同時(shí)，由于地鐵主變電所無(wú)功補(bǔ)償主要是補(bǔ)償110kv和35kv電纜的充電容性無(wú)功功率，補(bǔ)償?shù)焦β室驍?shù)成感性，以此防止系統(tǒng)諧振。

3.3 確定SVG的安裝容量

就地鐵系統(tǒng)而言，安裝在主變電所的SVG對(duì)母線(xiàn)進(jìn)行集中補(bǔ)償，SVG的安裝容量應(yīng)通過(guò)科學(xué)合理的計(jì)算而確定。在無(wú)功補(bǔ)償容量確定的過(guò)程中，應(yīng)對(duì)變壓器、電纜、動(dòng)力照明負(fù)荷、牽引負(fù)荷等設(shè)備進(jìn)行無(wú)功及有功計(jì)算。由于供電系統(tǒng)在白天上下班高峰時(shí)是相對(duì)滿(mǎn)載的狀態(tài)，在夜間時(shí)是低載或者相當(dāng)于空載，因此，在計(jì)算時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算出滿(mǎn)載狀態(tài)、低載狀態(tài)時(shí)的無(wú)功及有功、重點(diǎn)考慮110kv及35kv電纜的充電容性無(wú)功，同時(shí)根據(jù)將功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?.9的要求，對(duì)SVG的安裝容量進(jìn)行合理的計(jì)算、確定、校核。

4 結(jié)束語(yǔ)

在地鐵的供電系統(tǒng)中安裝SVG裝置，對(duì)供電系統(tǒng)起到了無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?。SVG無(wú)功補(bǔ)償具有自身的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，可以根據(jù)很負(fù)荷的變化動(dòng)態(tài)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，調(diào)節(jié)功率因數(shù)，在使用壽命、補(bǔ)償方式、時(shí)間等方面為地鐵的供電系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)提供保障，在地鐵領(lǐng)域的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

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