探讨城市轨道交通供电系统无功补偿方式

夏磊 蒋如松

摘要：轨道交通列车的动力来自于牵引供电系统，它担负着为电动列车和各种运营设备提供电能的重要任务，因此必须确保电力牵引供电系统安全可靠供电。而无功功率在供电网络的传输中不仅要产生有功功率损耗，而且还会产生电压损失，影响电能质量。基于此，本文将着重分析探讨城市轨道交通供电系统无功补偿方式，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。

关键词：城市轨道交通；供电系统；无功补偿

1城市轨道交通供电方式

城轨交通变电所可分为主变电所、牵引变电所、降压变电所三类。主变电所接线方式主要有内桥接线和线路一变压器接线两种形式。主要承担向全线提供可靠电源的任务，将来自城市电网110kV电源降为35kV电源。

牵引变电所一般设置在站台层，一方面有利于节省设备投资，安装调试方便，另一方面使得设计总体紧凑，节省土建工程投资。降压变电所担负向车站、区间动力系统、照明系统提供电源的任务，广泛用于每个车站将中压35kV或10kV电源降为380V或220V。一般情况下，供电方式按照区域可分为：

1.1集中供电方式

集中供电方式主要指的是在城市轨道沿线建立几座外部供电系统的主变电所，为牵引供电系统的牵引变电所以及动力照明系统的降压变电所提供电能供应。集中供电方式的基本特点为：所建设的主变电所的一次侧电源需要从上一级110kV高压区变电所引入独立电源，建立独立的供电体系，因此，该供电方式具有较好的供电可靠性，不受其他负荷影响，维修管理较为便捷。

1.2分散供电方式

与集中供电方式不同，分散供电方式不需要建设专门的主变电所，而是从附近的城市电网引出电能供给牵引变电所和降压变电所。在这种供电方式下，城市电网不仅需要为轨道交通牵引变电所和降压变电所进行电能供应，还要提供电能给附近的用户，这就导致该供电方式很容易受到附近居民用电的影响，从而降低供电的可靠性。

1.3混合供电方式

混合供电方式即上述两种供电方式的联合利用，其中集中供电方式占主导地位，分散供电方式进行辅助。例如10kV的中压环网，其末端电压损失不能超过10kV的5%，即末端电压要高于9.5kV。如果中压电网末端的电压损失难以满足供电要求，则需要应用分散供电方式，从附近的城市电网引入中压电源，为集中供电方式提供辅助作用。

2城市轨道交通供电系统无功补偿

2.1电容和电抗器无功补偿

该方案投资低，但无功补偿效果差，投切速度慢，不适合负荷变换频繁的场合，易产生欠补偿和过补偿。同时可能会引起某次谐波谐振或放大，因此城轨供电系统补偿基本不采用此方案。

2.2静止无功补偿器（SVC）

静止型动态无功补偿装置即StaticVarCompensator（SVC）是目前国内外解决这一系列问题普遍采用的方法，在无功负荷接入点处接入SVC装置后，无功负荷冲击得到抑制、高次谐波得到滤除、三相电网得到平衡、PCC点电压得到稳定和提高了电力系统的稳定性。

TCT型SVC，TCT名称含义是晶闸管控制变压器（ThvfistorControlled Transformer，简称TCT），结合其实际用途，把它理解成晶闸管控制变压器型可调电抗器。TCT实际上是将常规TCR中的耦合变压器和电抗器合二为一。

TCT组成：高阻抗变压器本体+晶闸管阀+控制器。

原理：晶闸管阀连接在高阻抗变压器本体的低压侧，通过调整晶闸管阀的导通角，改变低压绕组电流，高阻抗变压器高压绕组的电流立即会按相应的匝数比改变，从而改变TCT无功功率大小。通过晶闸管控制变压器的副边电流，从而控制原边连续变化的感性无功功率，当晶闸管完全导通时，相当于副边短路运行，此时输出感性无功功率最大，即达到可控电抗的额定容量。

TCT特点：（1）响应速度，全波采样需要20ms，半波采样10ms。（2）可靠性，本体是高阻抗变压器，抗冲击能力强，晶闸管运行在变压器的低压侧；（3）结构，TCT的结构简单，经过简单的培训就能操作。（4）噪音，TCT的整个磁路上没有饱和的区域，不会因为磁滞伸缩的作用产生很大的噪音，TCT上没有大功率风扇等运动部件发出噪音。（5）损耗，与其它可调电抗器不同，TCT的整个磁路上没有饱和的区域，铁损小；TCT磁场不会泄露到本体外部，附加损耗小。

2.3静止无功发生器（SVG）

静止无功發生器StaticVarGenerator，简称为SVG。其基于电压源型变流器的补偿装置实现了无功补偿方式。是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功能量的变换。具备如下主要功能：（1）在电力系统扰动情况下，提供有效的电压支撑；（2）提高输电系统的静态和动态稳定性；（3）降低暂态过电压；（4）阻尼系统的低频和次同步振荡；（5）减小电压和电流的不平衡，抑制不对称负荷；（6）减小由于电压波动引起的闪变；（7）增加输电线路的有功功率传输容量；（8）滤除流入系统的谐波电流。

具备如下主要功能：（1）在电力系统扰动情况下，提供有效的电压支撑；（2）提高输电系统的静态和动态稳定性；（3）降低暂态过电压；（4）阻尼系统的低频和次同步振荡；（5）减小电压和电流的不平衡，抑制不对称负荷；（6）减小由于电压波动引起的闪变；（7）增加输电线路的有功功率传输容量；（8）滤除流入系统的谐波电流。

SVG是目前最先进的无功补偿设备，目前全国范围正大力推广，但其技术还在发展阶段，维护率较高，有待在运行中进一步考验。