动态无功补偿
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动态无功补偿范文第1篇
1问题的提出
某工程吊车供电系统改造中，因后续吊车负荷增加较大，且不可能增加变压器容量和台数，就必然面临变压器供电能力不足的问题。因此，采用了增加就地动态无功补偿装置，提高功率因素的方案，以扩大变压器供电的能力。
改造前吊车供电系统负荷计算，见表一。
一期工程吊车负荷计算
Pjs(kW)Qjs(kvar)Sjs(kVA)CosØIjs(A)
钢水接收跨1193206423830．53626
加料跨784135615660．52382
表一
由上表负荷计算结果和负荷性质，考虑到主厂房吊车供电要求的高可靠性，采用了变压器相互备用的方案，具体见下图一。
吊车供配电图图一
新建的二期工程，引起加料跨及钢水接收跨吊车台数和容量增加很多,根据厂家提供的参考资料,我们对吊车供电系统进行了计算：见表二
二期工程负荷计算
Pjs(kW)Qjs(kvar)Sjs(kVA)CosØIjs(A)
钢水接收跨1497258929900．54549
加料跨1722297934410．55233
表二
根据表二可知，原供电方案已完全不能满足要求。主要存在的问题为：由于扩容，变压器容量不够；由于变压器供电线路电流增大，引起有功和无功损耗增加。
由上述数据可知，扩容后原供电变压器2X2500kVA及配电开关及下级配电开关和滑触线均不能满足扩容后供电要求。
照此，原供电变压器及低压配电柜及滑触线全部要改造，重新设计，而且变压器容量要加大到4000kVA以上，这样，开关的短路容量要求更高，供电电缆更多，滑触线全部更换，施工难度更大，从而改造费用巨大，停产时间长。
根据负荷计算结果，也曾考虑过在电气室采用低压侧无功补偿方案，由于电气室空间限制和投资的限制，也曾考虑加大变压器容量的方案。但变压器容量已选最大，无法再扩容。
为了既保证变压器总输出容量不增加，又解决新增设备的供电需要，经过多方比较、论证，最后决定采用低压就地动态无功补偿方案。
2无功补偿方案的选择
由于主厂房吊车负载存在功率因素低的特点,主要按以下几点确定选择方案：
1)能采用就地补偿的地方尽量选用就地补偿方案、就地平衡负载无功功率，以消除无功功率对供电系统的影响，使整个供配电设施都以较小电流供电从而损耗最小；
2)选用动态补偿方式补偿无功功率，动态跟随负载无功功率变化，不仅可以使供电电流减小，获得较大的经济效益，而且从根本上消除了静态滤波器补偿时网压过高和过低对设备的损坏问题。
3)选用TSC(晶闸管投切电容器)补偿方式，吊车供电负载属于感性负载，采用可变的容性无功直接进行补偿。
基于以上几点，具有谐波治理功能的TSC就地动态无功补偿方案是本工程无功补偿方案的理想选择。
2.1装置主要特点
1)补偿装置动态响应时间为15ms，投切时间10ms。
2)TSC控制，电流过零点投切，补偿电容入网、退网时电流均为正弦变化，对电网无冲击。
3)可靠性提高。
2.2无功补偿的作用及性能
提高功率因素，减少供电线路的输入的无功功率，充分发挥现有变压器容量。
3TSC动态无功补偿装置和其它补偿装置的区别
TCR动态无功补偿（结构如图二），其原理是通过改变可控硅导通角调整感性无功。固定电容器产生容性无功，靠调节装置内可变的感性无功同固定的容性无功抵消作用，使补偿装置输出大小可变的容性无功，其特点为当用可控硅作为接通电感的无触点电子开关元件在改变其导通角时，可获得不低于20ms的响应时间，并且没有电流冲击。主要缺点是装置内部很大一部分无功相互抵消，装置自身损耗比较大。所以，TCR动态无功补偿虽然可获得20ms的响应时间，但其结构庞大，造价成本高，比较适合高压补偿。
根据补偿理论，低压用户就地补偿从降低线路损耗和用户变压器增容方面来看，都比高压补偿效益明显。
国内常用的无功补偿装置为静态无功补偿方式，（结构如图三）此类装置价格较低，本身损耗小。
但静态无功补偿方式的主要缺点为：
1)对波动负载不能及时响应，易产生过补和欠补，例如对大型电动机启动过程无法补偿，造成网压动态下降。
2)在产生过补偿时会造成网压升高损坏用电设备。
可见这种静态无功补偿方式不能达到和保持最佳的补偿效果，一般只适合于在无功功率变化不大或缓慢的场合。
而TSC低压就地无功动态补偿装置的微机控制单元（结构如图四）采用按无功功率投切电容器组的补偿原理，只需一次到位，大大减少了开关动作次数。这种控制克服了按功率因素投切电容器组所带来的不利因素。通常按功率因素投切电容器组需要多次投切才能找到合适的补偿容量，开关动作次数多，影响了电容器的使用寿命，同时还不能保证电压合格率。
该装置应用的补偿技术不需附加缓冲电感，可控硅以10ms速率直接将电容器投入电网，降低了补偿装置成本。而且，在电网电压高低不同时可采用不同的补偿算法，以确保不发生欠补偿和过补偿产生的电网电压升高。
3.1无功补偿地点的确立
3.1.1安装在电气室变压器二次侧水平母线上
可减少动力变压器电力损耗，但配出线路及配出馈电开关及滑触线全部要改。改造范围大，投资多。
3.1.2安装在吊车上直接与电动机并联
这种方式补偿效果最佳，但投资最贵，而且现场环境恶劣，且安装、维修困难。
3.1.3安装在现场滑触线电源供电处
现场将按照滑触线电源供电点数量增加控制室以安装无功补偿柜，从而减少线路损耗。而且环境比较好，容易维护保养。改造范围较小，已实施就是此种方案。
上述用户侧就地补偿方式可以使补偿在以前的整个线路的电流下降，补偿点越接近用电负载，其节电效果就越显著。
因此无功功率补偿不应仅仅局限于高压侧进行补偿，同时应在用户侧进行就地补偿。
无功补偿装置的位置布置示意图见图五。
图五
3.2吊车无功补偿量的计算
补偿量的确定原则：
功率因素达到0.92以上，装置运行中不会出现过补、欠补，且个别电容器损坏后仍能保证正常运行。
需补偿的无功功率补偿量为:
Qc=αP30qc
Qc-需要补偿的无功容量
α-平均负荷系数取0.7~0.8
P30-总计算负荷kW
qc-补偿率kvar/kW
根据以上公式可计算出需补偿的无功功率及所需补偿装置
将现供电的功率因数由0.5提高到0.92，计算结果见下表三：
二期工程负荷计算
Pjs(kW)Qjs(kvar)Sjs(kVA)CosØIjs(A)
钢水接收跨149763816270．922474
加料跨172073318690．922843
表三
4结论
根据表一～表三及上述计算和分析，得出结论：
动态无功补偿范文第2篇
论文关键词：配电系统；动态无功补偿装置
一、配电系统中的动态无功补偿装置
无功功率补偿，简称无功补偿，在电力供电系统中起到提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网供电质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统的电压波动，谐波增大等诸多不利于电网安全运行的因素。无功补偿分动态和静态两种方式。静态无功补偿是根据负载情况安装固定容量的补偿电容或补偿电感，动态补偿是根据负载的感性或容性变化随时的切换补偿电容容量或电感量进行补偿。一般的补偿是有级的，也就是常用的补偿装置如电容，是按组来进行投切的，也就是用电系统里产生的无功不会是你补偿的一样多，但是由于这种补偿已经将功率因数达到了例如0.95，已经很好了。但是有的负载，其工作时无功的变化量非常大，且速度非常快，可以达到毫秒级，如电焊机，一个工作周期才0.2秒左右，其间还有几十秒的半负荷及几十秒的停顿，而无功在工作时也是不规则的快速改变着。象这样的负载采用常用的无功补偿装置是无法实现的，只能用“动态”补偿。
所谓“动态”即快速性、实时性，一是补偿速度一定要快；二是用电负载需要多少无功，补偿装置就补偿多少无功。这是动态补偿的两个基本特征。但不是非得两个都具备才是动态补偿，有的负载虽然无功变化快，但是无功量的改变是固定的，此时用速度快的无功补偿也可以办到，也就是说这个动态补偿强调的单单是迅速。
动态无功补偿装置由高压开关柜(包括高压熔断器、隔离开关、电流互感器、继电保护、测量和指示部分等)、并联电容器、串联电抗器、放电线圈(或者电压互感器)、氧化锌避雷器、支柱绝缘子、框架等构成。动态无功补偿装置根据改善和提高功率因数，降低线路损耗，充分发挥发电、供电设备的效率功能强大，液晶字段显示，性能可靠稳定，抗干扰能力极强。靠无功控制器根据线路力率情况自动投、切补偿量，以确保功率因数基本恒定于某一设定值附近；后者表示手动投入固定值补偿量，不随线路力率情况改变补偿量，此类方式除非补偿量刚好合当，功率因数才会达标。
无功功率补偿控制器有三种采样方式，功率因数型、无功功率型、无功电流型。功率因数型这种控制方式也是很传统的方式，采样、控制也都较容易实现。无功功率（无功电流）型的控制器较完善的解决了功率因数型的缺陷，有很强的适应能力，能兼顾线路的稳定性及检测及补偿效果。用于动态补偿的控制器要求就更高了，一般是与触发脉冲形成电路一并考虑的，要求控制器抗干扰能力强，运算速度快，更重要的是有很好的完成动态补偿功能。
二、动态无功补偿装置最优利用方法与原理功能
配电线路无功补偿即通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。线路补偿点不宜过多，一般不采用分组投切控制；补偿容量也不宜过大，避免出现过补偿现象；保护措施也要一切从简，可采用熔断器或者避雷器作为过流和过压保护。线路补偿方式这种方式具有投资小、回收快、便于管理和维护等优点，适用于功率因数低、负荷重的长线路。
在低压三相四线制的城市居民和农网供电系统中：由于用电户多为单相负荷或单相和三相负荷混用，并且负荷大小不同和用电时间的不同。所以，电网中三相间的不平衡电流是客观存在的，并且这种用电不平衡状况无规律性，也无法事先预知。导致了低压供电系统三相负载的长期性不平衡。对于三相不平衡电流，电力部门除了尽量合理地分配负荷之外几乎没有什么行之有效的解决办法。 电网中的不平衡电流会增加线路及变压器的铜损，还会增加变压器的铁损，降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行，最终会造成三相电压的不平衡。
调整不平衡电流无功补偿装置，有效地解决了这个难题，该装置具有在补偿线路无功的同时调整不平衡有功电流的作用。其理论结果可使三相功率因数均补偿至1，三相电流调整至平衡。实际应用表明，可使三相功率因数补偿到0.95以上，使不平衡电流调整到变压器额定电流的10%以内。
工作原理：无功动态补偿装置由控制器、过零触发模块、晶闸管、并联电容器、电抗器、放电保护器件等组成。装置实时跟踪测量负荷的电压、电流、无功功率等，通过微机进行分析，然后计算出无功功率并与预先设定的数值进行比较，自动选择能达到最佳补偿效果的补偿容量并发出指令，由过零触发模块判断双向可控硅的导通时刻，实现快速、无冲击地投入并联电容器组。
目前，国内的动态补偿的控制器和国外的同类产品相比还要有很大的差距，一方面是补偿功率不能一步到位，冲击电流过大，系统特性容易漂移，维护成本高；另一方面是在动态响应时间上较慢，动态响应时间重复性不好。另外，相应的国家标准也还没有达到一定标准，这方面落后于发展。但是运算速度快，抗干扰能力强，最重要的是有很好的完成动态补偿功能。
无功补偿的具体实现方式：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。
动态无功率补偿装置的主要功能：1、提高线路输电稳定性；2、维持受电端电压，加强系统电压稳定性；3、补偿系统无功功率，提高功率因数，降低线损，节能损耗；4、抑制电压波动和闪变；5、抑制三相不平衡。
动态无功率补偿装置的主要问题：1、电容器损坏频繁。2、电容器外熔断器在投切电容器组及运行中常发生熔断。3、电容器组经常投入使用率低。
三、在配电系统中动态无功补偿与静态补偿区别
（一）前者表示靠无功控制器根据线路力率情况自动投、切补偿量，以确保功率因数基本恒定于某一设定值附近；后者表示手动投入固定值补偿量，不随线路力率情况改变补偿量，此类方式除非补偿量刚好合当，功率因数才会达标，否则，不论补偿量过小或过大，功率因数均偏小。
（二）动态无功补偿的定义是这种响应动作时间小于1S，一般是通过可控硅投切电容组TSC、可控电抗器调节无功TCR型SVC或利用IGBT器件调节的静止性无功发生装置SVG等来实现。静态补偿可以是固定的通过隔离开关或熔断器断电后进行人工调节的装置，也指响应时间大于1S的自动投切装置，如接触器投切电容组的方式。
四、应用
（一）SLTF型低压无功动态补偿装置：适用于交流50Hz、额定电压在660V以下，负载功率变化较大，对电压波动和功率因数有较高要求的电力、汽车、石油、化工、冶金、铁路、港口、煤矿、油田等行业。安装环境：周围介质无爆炸及易燃危险、无足以损坏绝缘及腐蚀金属的气体、无导电尘埃。无剧烈震动和颠簸，安装倾斜度
（二）SHFC型高压无功自动补偿装置：适用于6kV~10kV变电站，可在I段和II段母线上任意配置1~4组电容器，适应变电站的各种运行方式。技术特征：电压优先，按电压质量要求自动投切电容器，使母线电压始终处于规定范围。
动态无功补偿范文第3篇
关键词：钢铁企业 无功 谐波 SVC
1、前言
钢铁企业是传统的用电大户，也是污染大户，钢铁的产量及质量都会影响到电能的损耗。随着现代电力电子设备和非线性负荷的大量应用，使电网供电质量受到严重影响，尤其是各种电力电子开关器件的大量应用和负载的频繁波动是最主要的干扰源，对电网的稳定造成一系列不良影响。随着低碳经济的提出，钢铁企业的节能降耗问题也日益突出，解决此问题刻不容缓。
钢铁企业用电所产生的电能质量问题是多种多样的，造成的危害非常地严重。它们产生大量的无功功率和谐波，对电网和用电设备等产生很大危害。轧机等大型三相对称负载频繁变动电机工作时，当轧机主传动采用直流调速，交-交变频调速时，轧机（咬钢）加速期间，不仅仅产生有功冲击负荷，还产生巨大的无功冲击负荷。对电网造成如下影响。
（1）引起电网电压下降及电压波动，严重时使电气设备无法正常工作使功率因数降低。
（2）产生有害谐波，主要是5，7，11，13次为主的奇次谐波及其他高频谐波，使电网电压发生严重畸变。
电弧炉，精炼炉是冶金行业的重要生产设备，是典型的非线性无规律负荷，超高功率电弧炉电极与废钢之间的短路，断弧以及电弧本身的不稳定性，造成有功功率以及无功功率的剧烈波动，从而造成严重的电压波动及闪变。电弧炉接入电网会对电网产生一系列不良影响。
（1）导致电网严重三相不平衡，产生负序电流。
（2）产生高次谐波，普遍存在如2，4次偶次谐波与3，5，7次等奇次谐波共存情况，电压畸变更趋复杂化。
（3）存在严重的电压闪变。功率因数低，生产效率低，损耗变大。
除了电弧炉和钢包精炼炉等主要用电设备外，在钢铁企业，不论是炼铁，炼钢，轧钢还是烧结，连铸等，还有大量的辅助用电设备采用交直流调速，形成分散的谐波源。
2、无功的产生及补偿装置
什么是无功功率？无功功率就是对电网向负荷传递能量没有贡献，在电网和负荷之间循环交换的能量。
什么是谐波？简言之，就是与标准的三角函数不一致的波形。一般说来，在复杂电力环境中，对于电压，电流信号采用傅立叶分解可以将这些波形分解成为工频频率为50Hz的三角函数波形的整数倍频率或分数次频率的波形的级数和的交流信号成分。
谐波的产生
随着经济的发展和技术的进步，各种电力电子器件不断成熟，带来了各种非线性负载的大规模使用。如各种可控硅，变频调速，电子调压，电解化学，矿井提升，电气化牵引等工业设备；以及常规的照明，空调，UPS，电梯，电脑及外设等商业设备。这些非线性负载的使用不可避免的会产生非正弦的谐波，污染并加大了电网的负担，进而影响其他设备的正常工作，严重时甚至会损坏设备。
无功和谐波的危害
1.无功增加供电设备容量，增加设备投资。
2.无功增加供电设备及线路损耗。加剧了变压器，电机等感性负载的铜损和铁损，导致设备的非正常发热，并影响其输出功率，增大了噪音；
3.无功影响供电电压，降低产品质量，缩短生产设备使用寿命。
4.谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，大量谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。
5.谐波影响各种电气设备的正常工作。影响了各种现实，计量等仪表的精度（干扰各种通讯，监控，精密电子设备的正常工作，甚至将其烧毁；干扰各种继电保护等设备的正常工作，造成断路器的拒动或误动，扩大事故）
6.谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振。
7.谐波会导致继电保护和自动装置的误动作。
8.谐波会对邻近的通讯系统产生干扰。
9.谐波会加剧集肤效应，造成电缆的发热，加剧对绝缘的破坏。造成电容器的过流，缩短了其使用寿命甚至直接造成爆炸等破坏；
10.引起晶闸管等设备的误触发，导致设备故障；
11.加大了电网的非正常损耗，加剧电网内设备的提前老化，并增大了诱发电网谐振的可能。
采用滤波装置可将畸变的波形补偿为标准的正弦波形，使非工频的三角函数波形总量低于国家标准。
现阶段主要的补偿方式是无源滤波装置和有源滤波装置两种。无源滤波装置是一个单调滤波装置，可以用来消除某一固定频次的谐波；有源滤波装置是一个应用高频电力电子开关的四象限逆变器。相比而言，有源滤波装置不仅构造原理先进，而且补偿频次广泛，补偿效果也优于单调滤波装置，补偿特性不受电网阻抗的影响，不会与电网发生谐振。有源电力滤波装置（APF，Active Power Filter）以并联的方式接入电网，通过高精度采样CT实时监测负载电流，转换成数字处理器可读的信号后通过一系列的运算，以PWM调制方式，控制核心的智能功率模块输出与谐波分量大小相等，相位相反的电流，达到消除谐波净化电网的目的。优势在于快速响应能力，高度的可靠性，大容量的补偿能力，简单的操作方法和结构，高性价比，节能降耗能力。
无功补偿装置主要应用在电弧炉，轧机，电气化铁路的供电系统，远距离电力传输，提升机等其他重工业负载，城市二级变电站等领域。
动态无功补偿范文第4篇
关键词：煤矿 变电站 无功补偿
鸳鸯湖矿区清水营煤矿是一座现代化特大型矿井，建设产能规模为1000万吨，年。由于清水营煤矿选用了大量的变频控制及直流拖动系统，其产生的谐波电流不可避免的对电源质量造成污染，为消除诸多大功率变频、直流设备产生的谐波及无功冲击，减少无功能耗，清水营煤矿在110kV变电站装备了10kVTCR型高压静止型动态无功补偿装置(SVC)，在10kV高压侧集中进行无功补偿。通过两年的运行证明了该装置稳定可靠，在煤矿大规模推广应用有着非常广阔的前景。
1、设计方案
设计参数：
清水营煤矿(含选煤厂)电力总负荷：
总有功功率：42860kW，总无功功率：33967.73 kvar
功率因数：0.95，无功补偿总容量为2×10000kvar
补偿后无功功率：13967.7kvar，视在功率：45078.6kVA
全矿年耗电量：180012000kWh，吨煤电耗：18.0度／吨。
通过计算，清水营煤矿110KV变电站设计安装了三台SFZ10-M-31500/110±8×1.25％/10.5主变压器，容量为31500KVA，进线电压110KV，二次侧输出电压10.5kV。一次侧两回进线接线方式为双母线分段式，二次侧三回进线接线方式为单母线分三段接线。两套10KV静止型动态无功补偿装置(SVC)分别挂接在10KVⅠ、Ⅲ段母线上，每套SVC装置的TCR部分有效补偿容量为10.5Mva，FC部分设置3次、5次、7次共三组单调谐串联谐振滤波器，每套SVC装置占用4台出线柜
2、装备TCR+FC型SVC装置的目的
装备sVC装置主要实现3个目的：(1)抑制电压波动，减少电压波动冲击，确保用电安全。(2)动态补偿无功容量，改善功率因数，实现节能降耗。(3)吸收电网谐波，消除谐波危害，提高用电质量。
3、TCR+FC型SVC装置的工作原理
sVC装置自动实时跟踪负荷的工作状态，确定所需补偿的感性无功功率，发出所需的触发脉冲，通过光电转换及光缆传输，对TCR晶闸管阀的触发角进行控制，调节通过相控电抗器的电流从而实现感性无功功率的动态调节。使Fc滤波器提供的总容性无功功率一负荷产生的动态无功功率一相控电抗器所需补偿的动态感性无功功率=O或一定值。从而使用户流入电网的无功功率趋于零(或一定值)。使电网的功率因数保持在设定值，电压几乎不波动，从而达到无功补偿的目的，以抑制负载波动所造成的系统电压波动和闪变。晶闸管阀及电子设备的动态响应很快(小于10ms)，实现了实时动态无功补偿。依靠FC回路的作用，滤除了高次谐波电流，提高了电源质量。
4、TCR+FC型SVC装置的优点
(1)做到了无功动态补偿与谐波治理的有机结合。(2)响应时间快、实现了实时动态无级补偿。(3)对不平衡负荷，能实现分相调节、消除负序电流，实现三相电流平衡。(4)能平衡有功，补偿无功、控制电压闪变、保证功率因素，提高供电质量，确保供电安全。(5)与传统电容分级投切补偿相比，不会出现过补、欠补等现象，不会对电网产生污染。
5、应用效果
自2008年4月1日清水营煤矿110KV变电站投运以来至2010年4月1日，TCR+FC型高压静止型动态无功补偿装置(SVC)运行稳定可靠，确保了供电质量，对每月功率因数进行统计。
从统计中可以看出，功率因数―直保持在0.99以上的范围内，且功率因数较为恒定，取得非常好的动态无功补偿效果。
(1)通过实际检测，电网供电电压波动及电压畸变率均小于2％，高次谐波对电网质量的影响在要求范围内，电网供电质量良好，满足供电部门的各项要求。
(2)由于功率因素较高，还可获得电费优惠的奖励。通过统计2008年4月1日至2010年3月30日，清水营煤矿总计消耗电能4486.46万度，按照平均电费0.7元／度，实际应支出电费3140.522万元，以0.9为标准计算力调电费，根据国家相关相关规定，功率因素在0.95以上，实际电费收费将减少0.75％。故应减少电费=3140.522万元*0.0075=23.55万元。如按照设计能力1000万吨／年达产后，每年消耗电能18001.2万度，支出电费12600.84万元，按照功率因数为0.9的标准计算力调电费，仅此一项每年可减少94.5万元的电费费用支出。
(3)同时提高了有功功率，可减少变压器负荷侧电流，降低变压器铜损，仅此就可节约大量无功损耗，使用效益尤为可客观，
(4)此装置能够更好的支持大量的变频设备安全可靠运行，变频设备可以充分发挥节能的优势，仅清水营煤矿投运的主井皮带10KV高压变频系统、通风机0.69KV低压变频系统在目前产能仅为设计产能四分之一的情况下，节能效益十分明显，每年节约能耗支出在300万元左右，长期使用效果将更加明显。
动态无功补偿范文第5篇
关键词SVG 无功 补偿 应用
Abstract The exothermic welding copper bolts, widely used in domestic metro power supply return cable .This paper mainly analysis of the factor of subwaycharging capacitance wattless which would send a fine, low power and so on. And then take Shenzhen metro line three110kV Caopu main substation reconstruction for instance to propose to solve the problem of lowpower factor of electric charging scheme of main transformer in Metro. This paper starts with analyzing of SVG in the pract- ical application ofrecommendations for improvement. Finally point out that is most important for the SVG dynamic wattless compensation device in high volt- age power supply subway system.
Keywords SVG idle , equalize , application
中图分类号： U223 文献标识码： A 文章编号：
1 引言
随着城市轨道交通建设的快速发展，地铁供电在城市电网中所占比重也越来越大，因而地方供电局对城市轨道交通供电系统质量要求也越来越高。地铁供电功率因数的高、低，对改善供电系统质量、节省电能具有积极的意义。由于供电系统的特殊运营机制和负荷特性，使地铁供电系统长期满足不了供电部门对用户端电能质量的要求。通常电力管理部门按照相关电力管理规定，对用户端计费点功率因数设定下限值（如广东地区功率因数按不低于0.9）来考核，对功率因数达不到0.9要求的单位，每月征收最高达基本电费1.3倍的力调电费。因此，如何解决地铁高压供电无功补偿问题成为各地铁运营供电部门急需课程，本文将以深圳地铁三号线为例，对城市轨道交通增设SVG动态无功补偿方案及经济效益进行探讨与分析。
2 深圳地铁三号线草埔主所运行情况
2.1三号线供电方式
深圳地铁三号线全长约42公里，30座车站，其中地下站14座、高架段16座。全线供电系统采用集中供电方式，先由各主变电所将110kV降压为35kV后，通过环网向各供电分区提供电源。双龙～六约由110kV银海主变电所供电，益田～通心岭由110kV文化中心主变电所供电，红岭～丹竹头由110kV草埔主变电所供电，同时草埔主变电所还给5号线黄贝岭～杨美10个站供电。
2.2 110kV草埔主所功率因数及力调电费征收情况
深圳地铁三号线110kV草埔主所计费电度表设在2.7公里外的供电局220kV 清水河变电站出线端。2010年～2012年3年时间内，因未增设SVG无功补偿装置，功率因数长期达不到0.9，而被供电局多收力调电费（实为罚款）约1158.6万元。
表1 草埔主所历年力调电费表
3 功率因数偏低原因分析与危害评估
3.1 功率因数偏低的原因分析
1）、地铁行业运营的特殊性，白天运营负荷相对较高，且时刻在变化，晚上停止运营后负荷很低，功率因数基本在0.2-0.4之间。且深圳地铁三号线草埔主所110kV电缆线路长约2.75公里，而相应的35kV供电环网中，电缆单根总长累加约200公里，因而电缆容性负荷较大，是计费侧长期功率因数难以达到0.9以上的主要原因。
2）、地铁供电设计的特殊性，地铁供电负荷设计是按远期最大用电需求量来考虑设计的。运营初、中期，尤其是地铁调试和试运营期间，行车密度小、客流小及部分商业开发滞后等，导致用电负荷率偏低，功率因数偏低。
3）、地铁供电受季节影响大，春冬季地铁用电负荷大幅减少，也是导致系统有功偏低、相对容性无功较高，对电网的整体功率因数偏低的重要原因。
3.2 危害评估
经对深圳地铁5条线进行调查发现，深圳地铁功率因数偏低主要是大量高压电缆产生容性无功在本系统中无法得到补偿，而向地方供电局电网反送大量容性无功。而电网一般电力用户是向电网输送感性无功的，因此一般电网需要容性无功补偿，地铁容性无功倒送实际上对地方电网无实质性损害，同时还有利于补偿电网容性无功。但输电效率和输电损耗会增加，供电电能质量会降低。因而地方供电局规定用户无论感性无功还是容性无功都不能向电网输送。否则，按规定增收最高达1.45倍基本总电费的力调电费。
4地铁高压供电功率因素偏低整改
4.1 功率因数偏低整改方案选择
目前市场对一般电力用户无功补偿普遍采用并联电抗器或电容器静态投切方式，多以电容补偿为主。而国内110kV地铁高压供电需要电感补偿，而原传统补偿方式对地铁这种频繁变化的负荷特性难以实现。若采用低压400V就地补偿，不但解决不了高压计量侧功率因数问题，反而会使计量侧功率因数更低，原因是地铁低压总负荷呈感性的，需补容性无功，而高压计量侧容性无功已经偏高。因此，地铁低压补偿及传统补偿方法难以实现。
随着第三代无功补偿技术SVG双向动态无功补偿技术出现，解决了地铁110kV高压供电无功补偿的难题。SVG核心部分采用大功率IGBT组成的逆变器进行无功功率补偿，最大优点能实现双向无功连续调节。根据深圳地铁三号线110kV草埔主变电所地下站受限吊装入口小影响，选用SVG+并联电抗器的补偿方式接入主所35kV母线进而实现110kV计量侧的无功补偿。
4.2 容性无功补偿容量计算
根据深圳轨道交通供电系统的资料，获取计算所需要的设备相关资料，包括电缆的长度、型号等电气参数；变压器的额定参数和不同运行情况下负载率；机车负荷的额定功率和功率因数；通风照明负荷的额定功率和功率因数等。利用这些有效参数即可进行容性无功补偿容量计算。下面以草埔主变电所35kV I段母线为例进行无功补偿容量计算。
1）110 kV电缆充电容性无功计算
电缆型号YJLW03-Z-64/110KV-1*500mm2，电容参数C0=0.18μF/km（单相电缆的感抗相对较小可忽略不计）。
电缆敷设距离2.745km，则单相电缆的容抗为：6445Ω，三相电缆的容性无功功率：1.88Mvar
2）主变的空载感性无功容量计算
经查《电气设备实用手册》110kV/35kV变压器空载电流按0.9%计算，有功损耗为0.545MW。变压器为40MVA，其空载最大感性无功为：
Q2=。
3）35 kV及以下负荷需补偿的容性无功计算
根据地铁特性，动照负荷无补偿时功率因数在0.70-0.85，且呈感性。牵引机车功率因数较高，通常在0.95以上，可不考虑。同理，用110 kV 计算方法可计算出35 kV及以下各种不同电缆、变压器等无功容量。经计算得出约需补容性无功Q3=3.905 Mvar 。
4）需补偿总容量计算
Q= Qc+ Q1+Q2=（-1.88）- 3.905+0.3558= -5.42 Mvar
经计算需补偿为感性无功约5.4 Mvar ，根据现场条件，草埔主变电所选用2.4 Mvar SVG+3 Mvar并联电抗器进行补偿。
5 改造后经济效益分析及存在问题
5.1直接经济效益
SVG投运前一个月，夜晚功率因数在0.2-0.3之间，白天功率因数在0.5-0.8之间，当月功率因数罚款56.58万元， SVG+电抗器投运后，月平均功率因数大幅提高至0.95，当月奖励达到5.5万元。半年节省力调电费约115万元，预计全年节省力调电费约230万元。
5.2减少线损和变压器铜损
功率因数提高，能较好减少系统的有功线路损耗和变压器铜损，大大提高输电效率。功率因数提高后线路节省有功功率损耗及变压器铜损计算方法如下：P=[1-（cosφ1/ cosφ2 ）2]×（PL + PT ）
cosφ1、cosφ2：分别代表补偿前、后的功率因数；
PL：代表有功线损，PT 代表变压器铜损。若PL+ PT年损耗按72万度计（总量8‰），功率因数从0.75提高到0.95,减少损耗达37% ，年节省约27万度。
5.3 SVG改善了供电系统的电能质量，削弱空载或轻载时长线路的电容充电效应所引起的工频电压升高，限制系统电压升高和操作过电压的产生，确保线路的可靠运行。并减少电压波动延长设备的使用寿命。
5.4大容量SVG+并联电抗运行时，在全国地铁范围内应用极少。草埔主所电抗器投入和切除易产生操作过电压及高次谐波。经进行模拟仿真计算，并在电抗器前端加装避雷器与RC保护回路后运行正常。
6 小结
SVG动态无功补偿装置能实现快速双向动态调节无功的目的，其优越的性能在深圳地铁三号线草埔主变电所改造工程中充分地体现出来，投入运行后补偿效果显著。不但大幅度提高了110kV系统功率因数，改善了电能质量，降低了有功损耗，还产生了良好的经济效益，是未来地铁供电无功补偿的发展趋势。
参考文献
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