唐浩天
成都地铁运营有限公司 成都 610000
摘要：无功功率补偿为目前地铁上应用较多的技术，尤其在一些年代稍久的铁路线路中。为了避免出现容性无功倒送和电量超标等情况，需要对地铁供电线路的无功补偿进行分析和研究。本文主要研究地铁供电系统无功补偿设计以及线路设计。
关键词：地铁；供电；无功补偿
引言
由于供电系统负荷需求较大，且全部采用电缆输电，因而容性充电无功功率较大。加上动力照明、牵引负荷等无功功率，供电负荷中无功部分的占比较大。供电负荷中的有功部分随着地铁线路客流高峰低谷变动而不停地波动。如果不做好无功平衡，消减无功部分的占比。低功率因数的供电系统将大量吸收城市电网无功，给城市电网带来不利影响。
1无功补偿技术的概述
无功补偿技术实际上就是无功功率补偿技术，在运转的过程中能将电能转换为热能，机械能等能源形式，同时消耗的资源总量也比较小，还能实现电压质量的提高和对电网负荷功率的科学调节。从长远的眼光来看，对于优化行业资源结构有很大帮助。在电气自动化技术中的应用也是如此，对该技术进行利用，能够提高相关设备的使用效率，同时也能提高一些电气设备的运转稳定性，营造一个较为良好的外部环境。对于提高行业的经济效益也有巨大帮助。无功补偿技术在不同行业中的具体应用表现趋于多样化，不仅得益于其优异的生产能力，同时也得益于其较高的适应性。
2无功补偿装置简介
2.1固定电容补偿器
固定电容补偿器通过投入固定数量的电容器来对线路上的无功功率进行补偿，原理简单但是灵活性差，尤其是对运量较小的铁路线路，当线路上无车运行时，固定电容器仍在投运反而会使功率因数更低。但是由于其结构简单，成本偏低，且对于中等运量的铁路仍有一定的无功补偿效果，因此目前多数牵引变电所仍采用这种补偿方式。
2.2动态电容补偿器(SVC)
动态电容补偿器可以通过调节投入运行的电容器数量来对线路上的负荷进行动态响应，当线路上负荷越大时投入的电容器越多，达到良好的无功补偿效果。常见的动态电容补偿装置有晶闸管控制电抗器（TCR）式、晶闸管投切电容器（TSC）式、磁控电抗器（MCR）式。晶闸管投切电容器型SVC的原理是由多组并联的晶闸管来控制容抗的大小，其中晶闸管只起到开关的作用，这种方式可以有效抑制谐波的产生，缺点是响应速度慢，不能很好的应对冲击性负荷。晶闸管控制电抗器式电容补偿装置中的晶闸管具有触发延迟功能，通过此功能控制与其并联的电容器形成连续、可控的感性电流，由于阀组容量大于电容组容量，使得整套装置既能补偿容性无功也能补偿感性无功。晶闸管控制电抗器式电容补偿装置直接连在高压母线上，具有响应速度快、补偿效果好的优点。但由于其晶闸管在高压侧，对晶闸管的耐压水平的要求较高，在实际运行中的设备，时常会出现单体晶闸管损坏的情况，且TCR型电容补偿装置结构复杂，后期运营维护成本高。磁控电抗器式电容补偿装置在其控制线圈连接有两个晶闸管，在一个工频周期内两个晶闸管轮流导通，通过改变晶闸管控制角度，调节控制回路输出的控制电流大小，进而控制线圈对应的铁芯中产生的直流磁通量，以此来提供连续变化的无功功率。磁控电抗器的优点是结构原理简单，本体抗冲击能力强，通过控制晶闸管的控制角进行自动控制，实现连续补偿，使用寿命长。
2.3无功补偿装置的选择
针对不同的地铁线路运行情况，需要对无功补偿装置进行选择。当前较为先进的无功补偿装置是静止同步无功发生器，实际利用的过程当中响应时间更快，并且能够有效去除谐波谐振等问题，具有低损耗、体积小等运动优势。静止同步无功发生器在实际应用的时候，一方面可以有效提供感性无功，感性无功可以减少电抗器的应用，提升电路运行稳定性，另一方面能够有效提升对重负荷容性补偿的应对性。静止同步无功发生器简称SVG，在2009年广州地铁五号线首次投入静止同步无功发生器，此后其他城市的逐渐应用这项技术，静止同步无功发生器在实际应用的过程当中具有一定的技术可靠性，并且具有一定的成熟应用经验。在计算工程量与实际运行情况的过程当中，受多方面因素影响可能存在一定的数据偏差，并且由于主变电所的不同供电范围和运行情况，使运行计算模式存在一定的不确定性。所以地铁在运行的时候很容易出现系统运量增大和负荷增加的问题，从而对容性无功的补偿需求也有所提升。静止同步无功发生器属于精密电力电子变流设备，如果在运行过程当中容量过大，就会直接影响设备的投资效益。因此需要加强对静止同步无功发生器的容量控制，在线路设置的过程中安装固定电抗器进行线路补偿，从而真正实现对工程投资的有效控制。另外在进行无功补偿装置的选择过程中，为了减少固定电抗器频繁投切的情况，电抗器的体积和成本进行有效控制，需要借助静止同步无功发生器对剩余容量进行补偿。
3采取无功补偿的效果和系统方案
基于过往实际的运营经历分析发现，将静止同步无功发生器投入主变电站线路使用中能够有效提高功率因数，提升主变电所无功补偿质量和效率。一般在主变电所将静止同步无功发生器作为补偿设备接入时有两种较为常见的设计和做法，一种是将静止同步无功发生器直接接在35kV的母线上，也称之为直挂式。而另一种是将线路通过变压器进行降压，将35kV降低到10kV然后连接静止同步无功发生器，这种方式也称之为降压式。这两种连接方式各有利弊，首先直挂式的系统连接方案能够有效避免应用变压器存在的损耗和检修工作，相对而言功率电力电子期间的工作电流也比较小，从有效降低了运行过程当中产生的损耗问题。但是直挂式的缺点也较为明显，由于工作电压没有发生改变，因此电压突然增高会对功率电力电子器件的数量提出更高的要求，从而增加了系统设置成本，并且由于器件数量增加也增大了设备的体积。降压式系统连接方式的优点在于能够有效控制设备的体积，并且极大地降低了运行成本，而缺点就是由于利用了变压器因此存在针对变压器的检测和维护工作。
4无功补偿关键设备
当前常见的无功补偿关键设备主要包括两个类型，第一种是并联电抗器，第二种是静止无功补偿器。出于地铁运行过程当中的消防安全考虑，在进行无功补偿关键设备选择的时候，采用了干式并联电抗器，但是并联电抗器也分两种类型，根据空芯和铁芯的区别应用于不同的线路补偿需求。空芯的并联电抗器能够有效应对大电流的冲击问题，具有很强的抗饱和能力，但是存在体积大成本高的问题。铁芯并联电抗器在实际应用的过程当中能够有效控制成本和体积，但是抗饱和能力相对较弱，并且存在噪声较大的问题。静止无功补偿器在实际应用的过程当中能够有效应对无功容量连续调节与平滑输出的需求，并且能够有效提升系统的处理能力和可维护性，加强系统的可测试性和运行稳定。
结束语
本文主要针对地铁供电系统的无功补偿方案进行分析和研究，随着通过应用静止无功补偿器能够有效提升地铁电网系统运行的稳定性，避免出现安全事故，提升供电补偿质量和效率，提升城市地铁建设的经济效益和社会效益。
参考文献
［1］贺威俊，高仕斌，王勋，等．轨道交通牵引供变电技术［M］．成都:西南交通大学出版社，2016:408．
［2］于松伟，杨兴山，韩连祥，等．城市轨道交通供电系统设计原理与应用［M］．成都:西南交通大学出版社，2008:33．
［3］周伟志．城市轨道交通供电系统无功补偿容量分析［J］．机车电传动，2015(4):69．