南宁轨道交通集团有限责任公司运营分公司 广西南宁 530000
摘要：进入二十一世纪以来，随着社会发展，我国的科学技术水平不断进步，目前，在现代科技发展带动下，轨道交通供电系统得以持续优化与改进，但影响供电系统性能发挥的因素较多，包括系统输电方式与功率因素等。为确保规划建设成效，在推算系统负荷的基础上，提出多个无功补偿方法，最后本着经济性与可靠性等原则，确定最佳供电系统无功补偿计划。
关键词：城市轨道交通；供电系统节能
引言
如今，城市轨道交通系统正快速发展，国内很多城市都已经形成了完善的轨道交通网络。对于城市轨道交通系统的供电系统，其主要功能在于为列车提供可靠的牵引电源，并为其他的营运设备提供基本电能，它是电网电能消耗的大户，同时电力消耗方面的成本占总成本很大比例，若能在不影响正常供电的基础上实现节能，则能带来很好的经济效益。
1城市轨道交通的供电实现概述
城市轨道交通运行的实现，需要电能的支持，不同于人们以往的认知“装电池充电”，整个供电系统比较复杂。以地铁为例，电能多是通过地铁隧道顶部的接触网或者利用行走轨道侧面的第三根钢轨引至列车上，也就是接触网受流方式与第三轨受流。具体分析如下：①接触网受流。当列车处于运行状态时，将会升起受电弓和接触网实现接触，进而引入电能。通常来说，地铁隧道内的接触网多为刚性接触网，布置在隧道的顶部位置；②第三轨受流。当列车处于运行状态时，通过车在受流器与三轨上表面或者下表面的接触实现供电。电能被引入到机车之后，流过牵引电机，再从机车流出，最终经过轨道回流到牵引变电所，形成电流回路完成供电，如图1所示。供电的实现，主要是从变电站获得，经过主变电所降压处理后，以中压供给牵引变电所以及降压变电所，通常要设置2所以上的主变电所。
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图1接触网布置
2城市轨道交通供电系统的节能分析
2.1运行方式调整
城市轨道交通系统通常采用两路电源，通过变压器组实现分列运行。在供电负荷上，白天与夜间相差甚大，初期与远景也有很大差别，若电源接线可实现合环换电，则在负荷较轻及夜间采用配变一运一备，则能有效减少线损及变损。结合具体情况针对轻负荷工况制定专门的运行方式，并借助程控方式进行，不仅操作方便，而且能为功率因数的调整创造很大便利。若无法实现合环换电，则在夜间可停所有整流变及一半的配电，这样也能有效减少线损及变损。某地铁线路供电方式为分散供电，开闭所可进行合环选跳，可有效保证倒闸时的供电可靠性与连续性，而且倒闸操作也十分方便，可供其它轨道交通系统参考借鉴。
潮流分析主要在运行方式及安全经济指标等的分析研究中使用。在供电系统初期投运过程中，通过潮流分析，能确定电压及功率的实际分布，并能掌握变压器抽头具体位置，对无功补偿量进行准确判断，同时还能确定运行方式，避免无功过补偿，使整个系统处于经济运行状态。以供电系统实际负荷发生的变化为依据，对运行方式进行调整，能提高设备运行负载率。如果三相负荷没有达到平衡，则立即对用电设备进行调整，能有效减少电能的损耗。
2.2电抗器
电容器向系统输入无功，主要采取无功电流方式，所需无功设备可从电容器获取无功，无需从变压器获取，电能随之节约，电容器负载率随之增大。电抗器无功补偿作用如下：（1）防涌流，最典型的为阻尼电抗器；（2）将调谐-谐振点调至133HZ、189HZ、204HZ，能够有14%与7%、6%的电抗器；（3）在无缘滤波器中将谐振点调至谐波附近，会与电容发生串联反应，从而形成对谐波的低阻抗回路，对系统谐波有被动吸收作用。电抗器多在电容器补偿时发挥滤波与调谐的补偿作用。电容器与电抗器的无功补偿方案成本低，但无功补偿效果并不理想。除此之外，慢速度的投切不能满足负荷变化频率较大的场合应用，易产生过补偿或补偿不足等问题。引起某次谐波放大或谐振等问题，将直接影响供电系统正常运行。
2.3变压器节电技术
使用的第三代节能型变压器装置，即S7、SL7以及S9系列，实际应用中空载损耗下降率在38%~46%范围内，负载损耗下降率在25%~32%范围内。使用的第四代非晶合金变压器装置，相比S7与S9系列空载损耗降低70%~80%；负载损耗降低20%~30%。供电系统的设计，合理选择变压器装置，实现对输配电的损耗控制，使得系统处于经济运行状态。实现变压器装置的经济运行，对提高供电系统运行经济性有着积极作用。若空载损耗与负载损耗相等，此时变压器装置运行效率水平最高，系统运行最经济。使用的非晶合金变压器装置负荷率为27%；使用的S9系列变压器负荷率为40%；使用的S7系列变压器负荷率为50%，实际运行中使得变压器装置负荷接近最高效率点，避免出现损耗问题。采取集中供电模式，要结合处近期与远期的主变压器、整流变压器以及配电变压器台数分离，以及共享方式分析。通过调整初期变压器装置的投入数量，结合负荷高低调整变压器装置的数量，可以依据负荷进行装置的投退调整，达到控制初期投资的目的，减少电能损耗。选择的运行方式，既需要保障变压器装置与线路的经济负荷率，同时要做好负荷曲线以及平衡三相负荷的调整，保障设计方案的科学合理性。对于变压器装置负荷率低问题，处于轻负荷运行状态时选择一备一运方案。
2.4引入智能化监测技术
从城市轨道交通供电系统运行管理角度分析，若想提高节能管理水平，要动态掌握供电系统的运行情况，引入智能化监测技术手段有重要的意义。例如，采用智能化监测系统，实现对变压器与其他类型电气设备的运行状态监测，实时掌握能源消耗和负荷水平，根据采集的数据信息开展分析，提出有效的调整方案，保障供电系统时刻处于良好的运行状态，降低能源消耗。除此之外，还可以推广使用软件系统，比如EMS软件，辅助数据信息采集与分析，辅助供电系统运行控制与管理，有效优化系统运行，创造更多的效益。
2.5牵引制动能量逆变回收
目前，城市轨道交通牵引变电所电源侧整流设备主要为二极管整流器，车辆制动时，再生制动回馈能量开始想牵引网充电，直流电网的电压因此升高；如果直流电压超过输出电压，则再生能量一部分会被相邻列车吸收，剩余则被无谓消耗掉。对此，采用牵引制动能量逆变回收能对这部分能量进行回收，起到良好的节能作用。
结语
综上所述，城市轨道交通供电系统的运行会消耗很多能量，需做好严格的控制。本文结合实例，总结了节能设计的方法，提出有效的控制措施。通过采用变压器节电技术和无功功率控制等系列措施，达到降低系统能源消耗的效果。城市轨道交通供电系统由多个设备和线路等组成，可实现节能降耗的节点很多，要加大技术研究力度，提出更多有效的方法，促使系统经济运行。
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