摘要：本文对地铁供电系统的主要大功率负荷的无功性能进行分析，进而建立供电系统的模型，设计出科学的无功补偿方案。根据对地铁供电系统的实际考察，对无功输出量、动态无功跟随、无功补偿效果等方面进行了模拟检测。通过各项检查结果表明，此方案的设计很适合地铁供电系统的无功补偿，大大提高了系统的功率因数，使电压处于稳定状态，对供电系统的高效运行提供了保障。
关键词：地铁；供电系统；无功补偿
引言
在我国，地铁供电系统的设计是以低压集中补偿的原理进行的。在各站点的变电所中，安装有低压的电容无功补偿柜，以此维持各线路站点的电压功率达到所需值。目前，地铁供电系统无功补偿是以车站变电所内整组安置多个电容器来实现。但是，在实际情况中，进行分组安置是难以实现的，因为，各个车站电容器的投放量要适当，若是过多安置，则会造成补偿过剩，会损坏系统，也不符合相关部门的规章制度而受到惩罚；若是投放量不足，则不能进行有效的无功补偿，地铁线路的供电电压功率无法维持稳定，也不符合相关标准。因此，对于地铁供电系统的这种特性，本文主要介绍了静止无功补偿器（SVG）和电抗器在地铁供电系统无功补偿设计和应用。
一、地铁供电系统无功补偿特点
（一）电路模型设计
对地铁电路系统的无功分析主要包括110kv的进线电缆、主要的变电站的变压器、35kv的连接电缆、牵引动力系统、照明系统等大负荷功率部分，这些均使用等值的电路模型进行实际替换模拟。一般情况下，外部供电电源容量要大于负荷设备的总容量。在分析中，将外部电源容量设置为定值，且不会受到内部负荷电压和电容量的干扰。将供电系统两端的电压处理为等值恒定，即可设计出模拟地铁供电系统的电路模型。
（二）无功补偿计算
地铁供电系统的无功补偿电容器设置不合理，则会导致供电系统输出的无功功率不稳定，所以，对于无功补偿设计需要进行严格计算。
首先是线路之间的无功计算，电线中产生的无功功率包括串联电路中的无功损耗和电容的充电无功功率。线路电容的充电无功功率=（35kv电缆的平均电压的平方乘以35kv单位长度电缆对地电纳）+（110kv电缆的平均电压的平方乘以110kv单位长度电缆对地电纳），线路串联电抗中的无功损耗=（35kv电缆的电感乘以35kv的电缆电流的平方）+（110kv电缆的电感乘以110kv的电缆电流的平方）。
其次是变压器的无功计算，变压器的无功损耗包括励磁支路损耗和线路漏抗中损耗，励磁支路功率与电压平方成正比，当变压器的功率不变时，线路漏抗中损耗与电压平方成正比。
二、地铁供电系统无功补偿设计及应用
（一）供电系统无功补偿的原理
以西安地铁2号线为例，所采用的的无功补偿装置为RSVG（多重化高压静止无功发生器），利用电抗器的功能，对输出电压进行合理调控，达到无功补偿的动态调节。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆RSVG通过半导体开关的连接和断开将直流电压转换为交流电压输出，无功补偿基本依靠调节电流的性质和大小来实现。
（二）SVG模拟分析
此方案设计的迪特供电系统主要电路采取链式串联结构。使用SVG整套电容器不需要安装滤波器组，谐振放大也有所抑制，使运行的安全性得到保障。在补偿效果方面来说，使用SVG补偿后的功率因数可以比之前提高0.1左右，即功率因数可达到0.95以上，无功补偿的效果显著提高。此外，使用SVG还有一大特点，它的补偿速度很快，是传统的10倍以上。以成都地铁2号线为例，主变电所的35kv的两段母线分别与一台电抗器和一SVG相连，还设有4个变压器。在SVG与35kv连接方案中，有两种可采取的方法。一是将SVG直接和35kv母线连接，即直挂式连接；二是使用变压器将35kv降至为10kv，再与SVG连接，即降压式。直挂式的优点是方便，免去了变压器的使用和维修工作，电压高，电流小，对各种工程器件的损坏较小，但是由于电压高，必须使用更多的电子器件，在这一层面上，增加了设备的使用数量，工程的成本升高。降压式的优点解决了直挂式中存在的缺点，运营的成本低但是变压器的使用增加了维修工作。以成都地铁2号线为例，如果是采用直挂式，SVG的使用将从30个增加到60个左右，但是，这些核心器件的价格较高，故成本提高，所以，在其他各方面条件完善的情况下，例如，工人的技术水平较高，可以优先选择降压式的方法。
所以，SVG、电抗器、变压器设置与一个变电所内，SVG可单独设立一间，SVG噪音较大，强迫冷风方式。电抗器和变压器发热量大，可采取通风设施和空调等装置。
在主变电所设置SVG和干式并联电抗器。干式电抗器分为空心和铁芯两种类型，空心抗电流冲击、材质好，但成本高；铁芯抗电器价格低，噪音大，不耐用。在技术要求满足的条件下，选择干式铁芯电抗器。
（三）实际运行效果评价
在城市地铁交通中，所产生的的无功影响是很大的，所以，无功补偿的设置可以避免后续工程的很多问题。在主变电所设置SVG和干式并联电抗器，在固定时间内进行测试补偿前后的功率因数、无功补偿量、输出电流等。结果发现，本文所设计的方案解决了电压波动问题，提高了供电系统的安全性。在工程预算成本中，通过节约材料和设备的使用，使得经济成本大大降低。在应用方面，专业人士的技术过关，即可对器材的使用标准降低，全方面解决供电系统无功补偿的检测和维护问题，使供电系统的无功补偿达到适量且稳定，保证地铁的稳定运行。
三、结论
本文结果表明，大功率的使用采用SVG和并联电抗器结合的无功补偿方案可以将装置容量合理分配，使功率因数得到较高稳定值，并大大节约了成本。这可能会成为未来的发展方向，需要我们对此投入更多的研究，使其得到更深入的利用。
另外，在对SVG的无功补偿研究中发现，此项装置在一定容量范围内可以实现智能化调动、运行速度快、输出稳定、损耗较低等特点，所以，对于其他行业的供电系统的无功补偿可以考虑广泛应用。
参考文献
[1]马俊杰,吴畏.地铁供电系统无功补偿设计及应用[J].低碳世界, 2016(10):17-18.
[2]申雨卉.地铁供电系统无功补偿设计及应用分析[J].工业, 2017(02):00192-00193.
[3]许焯毅,谭雪娇.无功补偿方案在地铁供电系统中的应用研究[J].电子世界, 2016(02):149-151.
论文作者:孙梓博
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/7
标签：供电系统论文; 地铁论文; 电压论文; 变压器论文; 电缆论文; 功率论文; 功率因数论文; 《电力设备》2017年第18期论文;