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摘要：当前轨道交通普遍存在电能质量问题，因此在线路上设置无功补偿装置是十分必要的，本文重点介绍天津地铁9号线无功补偿装置的现状，对比当前应用最多SVC和SVG技术，研究两种改造方案的优缺点，最终确定适合9号线的无功补偿方案。
关键词：轨道交通；无功补偿；静止无功补偿器（SVC）；静止无功发生器（SVG）
1、轨道交通存在的电能质量问题
目前城市轨道交通多数采用110/35kV的两级电压供电，主变电站从地方电力系统引入110kV高压电源，将其降压为35kV后提供给地铁供电系统，地铁属于高压电力用户，计费在110kV侧，当系统不采取无功补偿措施时，白天高峰时段功率因数达到0.9以上；而在夜间休车时段，牵引负荷为零，由于电缆产生大量容性无功，夜间的功率因数在0.3左右，容性无功引起线路末端电压升高，造成分断设备开合困难，此外由于功率因数低并向电力系统倒送无功，每月给运营部门造成大量的电力损耗和罚款。
2、无功补偿装置的必要性
2.1节能性。运营线路产生了大量的容性无功，倒送到供电局电网，造成功率因数过低。过低的功率因数致使电气设备寿命缩短、线损加大。通过合理补偿电缆充电无功，提高功率因数，有利于环保节能。
2.2稳定性。感性无功的大量存在会引起电压降落，容性无功的大量存在会引起电压抬升，而电压过低或过高都会对设备安全带来隐患。为保障电网的稳定运行，各级电网应避免通过电力线路远距离输送无功，避免系统之间进行大量的无功交换。
2.3经济性。为了提高地方电网的功率因数，电网公司实施力调电费政策，即用户计费侧的功率因数达不到0.90时，需多缴纳0.005～1.41倍的基本电费作为力调电费。根据线路测算，一座主变电所运营一年累计需多缴纳功率因数力调电费可以收回本所无功装置的建设投资成本。
因此为达到地铁中压网络的无功平衡，一般在主变电所设置无功补偿装置，其可以连续调解输出无功，以改善高压侧电源的功率因数。
3、9号线无功补偿装置现状
天津地铁9号线全长52千米，其中110kV主变电站2座、35kV主变电站1座，2005年分别为2座110KV主变电所加装无功补偿设备，采用SVC技术。
主站35kV的Ⅰ、Ⅱ母线分别安装1套35kVSVC静止无功补偿装置，每套装置的系统图如图1所示，35kV母线通过断路器连接一台降压变压器，变压器的副边与低压三角形连接的TCR（晶闸管控制电抗器）与TSR（晶闸管投切电抗器）的并联回路相连接，由TSR实现电抗器的阶跃调节（即全部投入或全部切除），由TCR实现电抗器的连续调节（控制电抗器的导通时间），两个支路相配合就可实现整组电抗器的连续调节。
由于已经投运15年，当前两个主所的无功补偿设备随着原件的老化而故障频发，其原因为电抗器是功率原件且需要频繁的投切、通断，随着使用的时间的增长，故障也随之增加。由于生产厂商已经停止生产该型号装置，现已无新的备件，出现部件损坏时很难修复，无功系统的抗风险能力下降，因此需要对天津地铁9号线无功补偿系统进行改造。
4、无功补偿方案
方案一、静止无功补偿器（SVC）
SVC利用控制晶闸管的导通角对无源电力元件进行控制或投切的电能质量治理装置，属于第二代动态无功补偿技术。其中应用比较广泛的为：晶闸管投切电容器型（TSC)型和晶闸管控制电抗器型（TCR）型。TSC型产生容性无功，TCR型产生感性无功；因轨道交通供电系统采用电力电缆而产生容性无功，所以轨道交通大量应用TCR无功补偿装置。
该装置优点：其响应速度快，可以实时跟踪系统内有功、无功量的变化，迅速地补偿系统中过多的容性无功。但是其工作原理决定了其本身就是谐波源，工作时将产生大量谐波；SVC补偿能力受电网电压的影响，不能实现纠正电压升高或降低的作用，且设备占地相对较大。
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图1SVC系统图
方案二、静止无功发生器（SVG）
SVG是基于电压源型逆变器的补偿装置，它不再采用大容量的电容器和电抗器，而是采用大功率电力电子器件的高频开关来实现无功能量的转变，可补偿容性无功，又可补偿感性无功。
SVG属于第三代动态无功补偿技术，且性能更好、体积更小、响应速度很快；采用了PWM技术，不仅自身产生的谐波含量极低，还能够对负载的谐波进行补偿，SVG占地面积小运行范围更宽；安全可靠，不会发生谐振或谐波电压放大。
SVC和SVG两种无功补偿装置的技术对比内容如表1所示。
表1无功装置技术对比
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由上表的技术对比可知，两者的技术性能均能满足城市轨道交通主变电所对容性无功补偿的需要，但是SVG是无功补偿领域最新技术应用的代表，功能强、占地面积小，安装方便、效果好，目前天津地铁5号线采用的是国内厂家SVG无功解决方案。
5、结论
SVG是目前无功功率控制领域内的最佳方案，相对于9号线目前正在运行的SVC无功补偿系统，SVG有着无可比拟的优势，因此天津9号线主所无功补偿系统改造将采用SVG解决方案。
参考文献
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