SVG 在地铁供电系统中的应用及日常维护使用的探究
摘要：通过分析轨道交通供电系统的特点及现状，在轨道交通供电系统中存在大量的无功功率，导致在运行过程中功率因数偏低，直接影响系统的供电质量，本文根据实际情况介绍，选择安装适合其特征的无功补偿装置来提高功率因素，取得了实质性效果，达到了节能降耗的目的，保证了供电系统高质量运行。
关键词：地铁无功；无功补偿；功率因数；分析
01引言
城市轨道交通系统在近年来得到了飞速的发展，已成为城市公共交通运输系统的骨干运输力量，地铁能够高质量运营供电系统的可靠性担负着极其重要的角。电能质量的高低决定供电系统的稳定性，系统电压的变化对电客车牵引供电系统、通信系统、信号系统、自动售检票系统、乘客信息系统、站台门等带来影响，从而直接影响地铁运营的质量。在地铁供电系统中功率因数较低引起的电能质量问题逐渐突显出来，大量无功功率导致的功率因数问题需要解决，伴随着冲击性无功功率带来的电压波动和闪变等问题也需要解决。另外，由于大量
整流器件的非线性特性，给供电系统带来了大量的谐波电流，影响了系统的稳定运行，需有效解决。
2地铁无功的特点及现状分析
2.1地铁无功的特点
导致上述问题产生的主要有以下三方面因数，一是供电系统外部电源线路长，充电功率增加，产生无功倒送的现象，进而引起无功功率增加，对侧功率因数降低，带来系统的不平衡性影响。二是地铁机电系统、供电系统安装有大量电子设备，如：UPS、EPS、牵引整流机组、再生能馈装置中的各类电源模块、充电装置、整流/逆变模块等，产生大量谐波。三是地铁列车在运行期间的瞬时启动/制动，大功率风机、水泵的启动会引起系统电压的波动、闪变、不稳定，甚至可能造成设备故障、保护运作等影响正常运营的问题。
2.2现状分析
以呼和浩特地铁1号线为例说明，呼和浩特地铁1号线设有两座110V主变电所，采用110/35kV集中供电方式，110kV四路进线分别由地方三座220kV变电站引入，外电源线路
长21.23公里。运营时间为6:00-22:00，运营期间牵引负荷功率因平均可达到0.9以上，机电动照系统负荷功率因素平均保持在0.47-0.55之间，夜间后停运或动车空载调试情况下母线处于无功倒送状态维持在0.07-0.1之间，整体平均功率因数维持在0.77左右，远远低于地方供电局要求的0.9以上，存在被考核和缴纳利率电费的风险。地铁供电系统无功功率不能实现内部平衡，功率因数不符合要求。为提高地铁供电系统功率因数及电能质量，减小无功和谐波等问题对系统及负载的影响，结合呼和浩特地铁1号线供电系统实际情况，安装SVG无功补偿(静止无功补偿装置)对提高供电系统功率因数及电能质量效果显著，可实现节能降耗，确保系统稳定性。
3补偿方式选择
通过咨询国内苏州、天津、成都、无锡、太原、兰州等地铁供电系统补偿方式，目前地铁常用的补偿方式主要有集中补偿、分区集中补偿和分布补偿3种形式（见图1）。分布补偿安装的设备多，需要在正线每一个牵引所、降压所安装一套动态无功补偿装置，补偿效果最好，相对需要投入的资金也是最多的。分区集中补偿安装的设备比分布补偿要少，需要在每一供电分区集中安装一套动态无功补偿装置，补偿效果、投入资金次之。集中补偿只
需要在主所Ⅰ、Ⅱ段母线分别安装一套动态无功补偿装置，补偿效果相对较差，投入资金最少。以上3种补偿方式在呼和浩特地铁1号线分别需要安装28套、4套、2套动态无功补偿装置，结合呼和浩特地铁1号线110kV主所与正线35kV距离较短，各站施工预留空间具有一定的局限性，以及正线母线安装有再生能馈装置所能反馈的无功计算，综合考虑采用集中补偿方式可满足使用需求。
（1）主变电所集中补偿
（2）集中补偿方式
（3）分布补偿方式
图1 三种补偿方式示意图svg运行方式有哪些
4.安装使用情况
呼和浩特地铁1号线在两主所低压侧Ⅰ、Ⅱ两段35kV母线上各安装一套SVG装置，结合实际计算分别选择主所南店变安装（1号SVG容量5MVar、2号SVG容量3MVar），西龙王庙变安装（1号SVG容量4MVar、2号SVG容量4MVar）。可根据主变电所负荷变化情况实现无功连续、实时、自动调节，同时满足5次、11次及13次等特征次谐波的治理。
4.1设备性能
根据现场实际安装空间、噪声要求、补偿性能及日常运维特的情况考虑，选定QNSVG型动态无功补偿及有源滤波治理装置，装置具有补偿性能强、谐波治理稳定、占地面积相对较
小、损耗小噪声低、运维量小等特点。1)补偿性能强：动态快速连续调节无功输出，在补偿容量足够时，任意时刻的功率因数可接近1.0。2）谐波特性好：本身产生的谐波电流小，能有源滤除负载设备产生的谐波电流，可满足无功补偿与谐波治理的综合要求。3）占地面积小：由于城市地铁主所大部分为地下站，用地紧张，占用空间只有同容量SVC占地的30%，大大减小施工用地的压力。4）运行安全可靠性高：设备是可控电流源，不会产生谐波电压放大，适合地铁对安全性能要求高的特点。5）运行损耗低，效率高，噪声低：本身以IGBT为核心的链式换流器，能够快速连续地提供容性和感性无功功率，保障系统稳定、高效、优质地运行。6）可靠性高、维护量小：采用IGBT功率模块N-1运行方式，一个模块故障可旁路继续运行，冗余性好。模块化设计，安装、调试相对工作量小一些，日常维护简单，前期基本无需更多维护。
4.2装置组成
SVG装置主要由五部分组成：控制柜、功率柜、启动柜、连接电抗器和冷却系统。
1.
控制柜：主要由控制器、显示操作面板、控制电源、继电器、空气开关等部件组成。
2.
功率柜：主要组件是功率单元(又称为连接），是SVG的核心主电路，采用模块化设计，各模块单元结构和电气性能完全一致，用以实现功率交换。
3.
启动柜：由启动开关、充电电阻、隔离刀闸和接地刀闸等几部分组成，SVG启动方式为自励启动，在主开关合闸后，系统电压通过充电电阻对功率单元的直流电容进行充电，当充电电压达到额定值得80%后，控制系统闭合启动开关，将充电电阻旁路。在装置检修检修时，隔离刀闸和接地刀闸提供安全保障，隔离刀闸将装置与系统断开，提供明显断开点，接地刀保证装置输入侧处于接地状态。
4.
连接电抗器：装置的输出通过连接电抗器并联到系统侧。
5.
冷却系统是IGBT模块运行必不可少的部分，分为风冷和水冷两种方式，本期工程冷却系统采用乙二醇做冷却介质，具有运行可靠、稳定性好的特点。
4.3工作原理
SVG的基本原理是自换相桥式电路通过变压器或者电抗器并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制交流侧电流就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态补偿的目的。SVG在空载、容性和感性运行模式下的电压关系如下表所示：
图2 SVG原理示意图
表1 不同模式下原理图
5.地铁供电系统负荷特点及SVG投运情况分析
呼和浩特地铁1号线采用集中供电方式，由上级地方220kV变电站110kV外电源接入主变电所，主变电所、35kV中压环网、牵混所、降压所、跟随所、接触网组成，引入上级交流110kV电源经主变压器降为35kV,经过35kV中压环网电缆与各牵引所、降压所手拉手连接。在牵引变电所，通过整流机组将AC35kV交流电源整流为1500V直流电，向电客车（牵引负荷）供电；在降 压变电所，变压器将 AC35kV交流电降压为AC400V交流电，向

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