地铁110kv主变电所SVG无功补偿

吴章辉

摘 要：供电系统是地铁运营的关键，提高地铁供电系统的电能质量需要提高地铁变电所的功率因数，提高系统的电压质量。SVG无功补偿装置对于地铁供电系统的提质、谐波污染的治理等具有重要的作用。文章主要介绍SVG无功补偿装置，对SVG的特点、优势进行分析，并阐述其在地铁变电所中的适应性。

关键词：地铁；SVG装置；无功补偿；特点；适应性

SVG的全称是Static Var Generator，即静止无功发电器，人们常根据它的作用方式，将其称为动态无功补偿装置。SVG装置应用的是PWM控制技术和自换相桥式电路，对负荷的动态波动进行实时地跟随，以此对自身的输出进行调节，具有无功补偿、抑制电压波动、滤波等功能。一般情况下，地铁供电系统的供电方式为集中供电，主变电所的电压等级为110kv，在地铁运行调试、初期或者客流量不大时，功率因数较低，同时还存在被供电局考核罚款的情况，如：深圳地铁、广州地铁等，因此，地铁中的无功补偿装置对于提高供电系统的功率具有重要的现实意义。

1 地铁无功补偿的现状

通常情况下，地铁的供电系统使用的供电制式是两级供电，一级是专用110kv的主变电所，而下一级为35kv牵引所、降压所、牵引降压混合所，地铁属于高压用电，在不采取无功补偿措施的情况下，大部分主变电所每月的平均功率因数低于0.9。照明负荷、列车牵引负荷是地铁中主要的用电负荷；其中动力负荷设备主要是电动机、照明设备采用LED等；由于电动机和LED采用变频技术，这些低压设备具有较低的功率因数，在设计时一般采取分散就地补偿的原则。相比之下，列车的牵引负荷功率因数较高，平均不低于0.95。

集中补偿与分散补偿相结合是地铁供电系统的无功补偿原则，分散补偿针对的主要是各低压设备，对此进行就地补偿装置。集中补偿是在35kv和380V侧进行的。而地铁主变电所功率因数不达标，且呈容性的主要原因是地铁供电线路大量采用电缆，其中以110kv及35kv环网电缆容抗影响最大，同时存在主变压器损耗，需补偿其无功损耗，以此降低供电系统的无功功率需求，实现供电网络的无功耗损的降低，提高其功率因数。在地铁运行中，各个车站变电所以下的配电线路通过向负荷端輸送，为用户提供所需的无功。为了达到降低线路压降的目的，需要在发生无功功率的地方进行及时就地补偿，就地平衡无功，对长距离的电力输送起到减缓的作用。我国目前的地铁运营，在对地铁线路的供电系统进行设计时，对于无功补偿，应遵循低压分散就地补偿原则，即：谁产生谁补偿。根据实际的、具体的地铁变电所的负荷无功状况，在各个车站、区间的变电所内设置低压电容无功补偿柜，确保地铁变压所的功率达到0.9的因数，减少变压器的穿越功率。

近几年，一些地铁的运营中，存在供电局考核罚款的现象，且罚款数额较大，为了解决供电局考核的罚款问题，各地铁才开始在主变电所装设无功补偿装置。

2 SVG装置

2.1 SVG装置概述

SVG是无功补偿领域的新技术，静止无功补偿器的新一代产品。它在电网中并联，功能与可变的无功电流源相当，对交流侧电流的相位、幅值进行直接的控制，或者对其进行调节，对所需要的无功功率进行迅速的发出、吸收，实现对无功的动态快速调节。当SVG装置采用的是直流电时，不仅可以跟踪补偿冲击电流，还可以对谐波电流实施跟踪补偿。同时，由于SVG装置中运用了电子逆变技术，在无功补偿的过程中，就会产生一个电流与需要补偿的对象产生抵消作用，这个电流与需要补偿的对象应大小相同，方向相反，使功率的因数接近于1。

2.2 SVG的特点

SVG具有自身的特点，第一，SVG有抗谐波的特点，以此保障系统的安全运行。因为SVG使用的是可控电流源，因此进行补偿的对象仅是基波无功电流，不会因系统谐波电流而损坏补偿设备，从而减少设备维护的工作，延长设备的使用寿命。SVG是并联作用，这就避免了因串电抗的电容器组而放大了谐波，防止因为谐波的过电压而损坏系统的补偿设备和其他设备。第二，SVG具有动态连续平滑补偿的特点，可以较高速的响应速度，达到更好的电压闪变得的补偿效果。它可以根据负载的变化，连续动态地对功率因数实施补偿，可以吸收无功，也可以发送无功，从而杜绝无功倒送情况的发生。第三，解决负荷的不平衡。此外还可以在补偿无功功率的过程中，同步的动态的补偿谐波。

2.3 SVG的优势

与传统的电容无功补偿装置相比，SVG在补偿方式、补偿时间、有级无极、谐波滤除、使用寿命等方面具有很大的优势。在补偿方式方面，通过传统的电容无功补偿装置补偿后，一般会到达0.85左右的功率因数。而采用SVG，通过电源模块实行无功补偿后，会提高功率因数，使其达到0.97或者以上，对冲击负荷有很好的补偿效果。就补偿时间而言，在传统的无功补偿过程中，实施每次补偿需要的时间都不少于200毫秒，而SVG完成一次补偿需要的时间在5-20毫秒之间。同时，应在瞬间完成无功补偿，补偿时间较长时会出现不该补偿无功的时候进行补偿，而该补偿无功时却没有的不好现象。此外，SVG不会放大谐波，对较多的谐波进行滤除，使用寿命一般超过十年，具有极小的耗损，对此不需要维护。

3 地铁变电所中SVG的适应性

3.1 谐波治理

含有变频设备的动照负荷和需要整流设备的牵引负荷是地铁供电系统谐波的两个主要来源。整流机组输出脉波数影响整流机组产生的谐波电流次数。在理想状态下，整流机组高压侧产生的谐波电流次数可表达为：N*A±1，其中N为正数，A表示整流机组脉波数，从而可以得出机组脉波数越高，就会产生越少的较低次数的谐波，对系统将产生较小的影响。同时，为了更有效的减少谐波的污染，可采用24脉波的整流机组，使谐波的产生更少。动力照明负荷主要有排水、消防、通风、车站照明、自动扶梯等，包括大量的变频负荷。在我国目前的地铁线路的建设中，可设置有源的滤波装置以减少动力照明负荷产生的谐波。所用，在使用SVG装置时可同时使用有源滤波装置。

3.2 无功补偿

动力照明负荷和牵引负荷的性质决定地铁供电系统的功率因数。就牵引负荷而言，一般采用的方式是24脉波整流，理论基波的功率因数达到0.98，总功率因数达到0.95。地铁运营的初期，动力和牵引负荷小，夜间的负荷较低，供电系统的功率因数较低，由于电缆的充电无功影响，此时主变电所功率因数呈容性，需要发出容性无功对其进行补偿。SVG无功补偿装置，可以根据负荷的波动，自动地对系统功率的因数进行调整，发出或者吸收无功，以此适应地铁供电系统的负荷。同时，由于地铁主变电所无功补偿主要是补偿110kv和35kv电缆的充电容性无功功率，补偿到功率因数成感性，以此防止系统谐振。

3.3 确定SVG的安装容量

就地铁系统而言，安装在主变电所的SVG对母线进行集中补偿，SVG的安装容量应通过科学合理的计算而确定。在无功补偿容量确定的过程中，应对变压器、电缆、动力照明负荷、牵引负荷等设备进行无功及有功计算。由于供电系统在白天上下班高峰时是相对满载的状态，在夜间时是低载或者相当于空载，因此，在计算时，应分别计算出满载状态、低载状态时的无功及有功、重点考虑110kv及35kv电缆的充电容性无功，同时根据将功率因数补偿到0.9的要求，对SVG的安装容量进行合理的计算、确定、校核。

4 结束语

在地铁的供电系统中安装SVG装置，对供电系统起到了无功补偿的作用。SVG无功补偿具有自身的特点与优势，可以根据很负荷的变化动态进行无功补偿，调节功率因数，在使用寿命、补偿方式、时间等方面为地铁的供电系统的运营提供保障，在地铁领域的应用将越来越广泛。

参考文献

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