解析城市轨道交通供电系统的无功补偿要点

林 涛 陈益龙 苏 毅

（南宁轨道交通集团有限责任公司，广西 南宁 530029）

我国目前的城市轨道交通体系中，其供电系统主要包括三个方面，即城市轨道交通的照明供电、牵引系统供电以及动力系统供电，因此供电系统的运行质量和效率将对城市轨道交通系统运行的安全性和可靠性产生重要的影响。这就要求在城市轨道交通供电系统的建设中要准确分析其功率因数，并严格按照就地平衡原则来进行无功补偿。在无功补偿时要科学制定补偿方案，合理确定补偿装置的容量并选择相应的补偿方式，以确保无功补偿的有效性，从而改善城市轨道交通供电系统的运行效率，提高资源的利用率和供电系统运行的经济性。

1 影响城市轨道交通系统供电运行的主要因素

由于我国目前主要采用的是集中供电方式，因此城市轨道交通供电系统也是通过主变电站来接入110 kV高压，并将其转化为轨道交通系统所需要的35 kV低压，再利用中压线缆将电力能输送给轨道交通系统中的降压以及牵引变电所。

1.1 供电系统的具体牵引负荷因素

城市轨道交通的理论牵引负荷应达到0.989以上，不过目前在实际运行中其牵引负荷一般约为0.95[1]。通常城市轨道交通系统的牵引负荷供电结构相对简单且其具有较高的自然功率因素，对无功补偿的需要相对较低。供电系统需要经过变电后以及整流降压后再将电力能源输送给城市轨道交通牵引系统。

1.2 供电系统的照明动力负荷因素

目前在城市轨道交通的照明系统中主要还是采用交流220 V电压来进行供电。通常将降压变电所设置在轨道交通车站内，并在所有变电所内应配置变压设备2台，这样就可以在完成降压后向轨道交通照明系统直接提供电力能源。在此过程中主要产生的是感性无功类型。城市轨道交通照明系统中目前主要使用LED照明设备以及电子节能镇流设备等，其功率因数一般约为0.9。此外，在轨道交通系统中还包括配套的其他附属设备的照明供电系统，为了减少能源消耗，这些照明设备大多采用的是变频装置，因此其功率负荷一般能够超过0.9。

1.3 供电系统的配变电设备负荷因素

城市轨道交通供电系统中主要有电缆以及变压器等输变电设备。其中电缆所产生的主要为容性无功类型，而电压器所产生的则主要为感性无功损耗。其中当电缆长度增加时，其所产生的容性无功以及电压也会相应地增加。

2 对轨道交通供电系统进行无功补偿要点

2.1 合理制定无功补偿方案

2.1.1 不同无功补偿方案的适用条件

由于城市轨道交通在不同时段的运行方式存在一定的差异，因此在制定无功补偿方案时也应充分考虑该因素，例如在运行高峰阶段应采取容性无功的补偿方式，而在运行低谷时段则应采用感性无功方式来进行补偿。

2.1.2 通过并联电容设备进行无功补偿

利用母线来采取设置并联电容方式进行无功补偿能够有效降低成本，并延长补偿装置的使用寿命，同时该方式对环境条件的要求相对较低，其运行的稳定性比较高。但是这种无功补偿方式只能输出固定容量，无法根据无功损耗的动态变化来进行相应的补偿，同时还存在谐振等问题，影响无功补偿的效果，因此该无功补偿方案难以满足城市轨道交通供电系统无功补偿的实际需要。

2.1.3 通过SVC设备进行无功补偿

该无功补偿方案具有较高稳定性，能够通过系统背部的自我诊断装置来对运行过程中的功率因数变化情况进行跟踪监测，从而及时调节电容器容量，从而有效提高了无功补偿精度。不过该无功补偿方案需要较大的用地面积，同时也存在谐波问题，因此还需要进一步进行技术创新和改进。该补偿装置由于结构比较简单，便于维护，降低了设备运行过程中的检修难度和维护成本，是一种具有较高实用价值无功补偿方案，在实践中得到了广泛的应用。

2.1.4 通过SVG设备进行无功补偿

所谓SVG也就是静止无功发生器，其无功能量转换主要是利用IGBT，也就是可关断电力电子器件来实现[2]。SVG能够有效提高供电系统静态以及动态的稳定性，并对非对称性负荷产生一定的抑制作用，从而确保电流以及电压的平衡性。SVG是一种先进的无功补偿装置，能够实现对无功的快速调节，并能够跟踪补偿谐波。

2.2 提高无功补偿效果的有效对策

2.2.1 通过无功补偿各要素模型进行综合分析

在无功补偿时要全面收集供电系统中所有电气设备运行的实际功率，并通过模型构建方式来进行无功补偿的模拟分析，对各影响要素进行准确的评价，从而合理控制供电系统运行功率因素，以确保所有电气设备运行的安全性和稳定性，并减少对能源的消耗。

2.2.2 全面分析供电系统的运行情况

在无功补偿时要全面收集供电系统的各种相关资料，并对城市轨道交通供电系统的实际运行情况进行综合性的分析研究。无功补偿既要能够根据用电负荷的实际变化来进行相应的调节，并实现供电系统的双向无功补偿，以确保城市轨道交通系统的电力系统能够通过动态连续的感性以及容性无功补偿来确保供电系统电压稳定运行[3]。

2.2.3 准确计算供电系统负荷

在无功补偿时要准确计算城市轨道系统在运行过程中供电系统的实际负荷，并结合城市轨道交通的特点来提高无功补偿的有效性。同时在无功补偿中还要充分考虑供电系统可能出现的突发性事故，并制定相应的无功补偿预案，以确保城市轨道交通系统的运行安全。

2.2.4 无功补偿设备容量的合理选择

由于城市轨道交通系统中的照明动力负荷以及牵引负荷较大，因此其供电系统功率也相对较大，这会导致供电系统中有感性无功功率产生，并进而与电缆中的容性无功产生中和效果，造成供电系统中的无功功率明显低于其有功功率，且供电系统的功率因素将超过0.9。而城市轨道交通系统在夜间则基本处于停运状态，仅需维持少量设备的用电需求，此时供电系统功率以及无功功率都会相应地降低，且变压器负载也将降至约0.05，而电缆所产生的容性无功的变化并不明显，其功率因数应保持在0.5范围内。这种情况会造成主变电所功率的平均值无法满足供电系统运行安全的要求，因此必须根据城市轨道交通系统的运行特点来进行无功补偿设备容量的选择，从而提高供电系统运行的平衡性，保证供电的可靠性和稳定性。

3 结语

在城市轨道交通系统的运行过程中，要高度重视其无功补偿问题。城市轨道交通供电系统的管理部门要充分了解所有电气设备运行时的实际功率因数，并结合城市轨道交通系统的实际运行情况进行综合性的分析研究，优化无功补偿方案。在无功补偿中要根据实际需要来选择相应容量的无功补偿装置，并确定无功补偿的有效方式，以提高无功补偿的效果，改善供电系统运行的经济性和可靠性，为城市轨道交通系统的安全运行提供稳定供电保障，从而促进我国城市轨道交通事业的现代化发展。