邹欣欣
摘 要：深圳地铁供电系统采用集中供电方式，主要由110kv主变电所、35kv环网供电、直流1500V牵引供电、车站400V动力用电等系统组成。地铁供电系统设备分布广，一座主变电所的供电范围长达20公里、高压电缆总计有400多公里长。电缆在运行过程中产生的大量容性无功远高于地铁系统内电动机、变压器等设备产生的感性无功，导致110kv主变电所功率因素不达标，每月需额外支付力调电费。地铁主变电所增设无功补偿装置后，显着提高了地铁供电系统的电能质量，功率因素达标、节能环保、降低地铁电费支出，有效节省了地铁运营成本。
关键词：电能质量；动态无功补偿；MSVC；节能环保；地铁主所
1 地铁系统无功功率的特点
1.1 深圳地铁西乡乐铁线供电范围要容性无功源一览表
表1
备注：C0为供电线路单位长度的电容（？滋F/km），L为供电线路的长度，BL为？仔型等值电路等值电纳
线路电容的充电功率？驻QB与电压的平方成正比，当作无功损耗时应取负号，即
线路容性无功功率简化公式为：Q=U2*2πf*C
U-电压，此处取值110，000伏
π=3.14，f-频率，50赫兹
1.2 深圳地铁西乡乐铁线供电范围主要感性无功一览表见表2（估值）
通过以上分析可以得出以下结论：
（1）0：00至6：00时段地铁处于非运营时段、牵引负荷近视为0；大电量的电机、空调、风机、电扶梯等处于停运状态；感性负荷最小，产生的感性无功功率自然最小。
（2）由于110kv乐铁线的电缆线路较长，达9300m；35kv电缆线路多达298km，线路越长，线路电容越大，产生的容性无功也就最大。电力电缆是深圳地铁供电系统中最大的容性负载，且24小时不间断地输送无功功率。
（3）由于地铁运营的特点，分为运营时段和非运营时段。在运营期间，牵引用电、动力照明等用电均较大，系统内的有功电能需求大；非运营期间，由于地铁车辆的牵引负荷、车站动力负荷、照明等均减少。使系统内的负荷严重不均匀，特别是有功负载波动极大，故在轻负载和休车时段系统功率因数明显下降。
（4）地铁系统的感性负载相对较少，不足以全时段平衡长电缆以及其他容性设备产生的容性无功，容性无功超值在2～4.5Mvar范围内。
2 无功补偿设备选型
2.1 MSVC磁阀式可控电抗器的工作原理
磁阀式可控电抗器采用了自耦直流助磁设计和新型铁心设计技术，利用附加直流励磁磁化铁心，通过改变控制绕组中直流电流大小来改变铁心的磁饱和程度，进而改变铁心磁导率，实现无功输出容量的连续可调，不仅使所产生的谐波大大减少，而且有功损耗低、响应速度较快。
磁控电抗器输出容量（电流）的大小由可控硅控制角α决定，α越小，输出的控制电流越大，磁控电抗器工作铁心接近磁饱，输出电流最大。改变可控硅控制角即电抗器磁饱和度，能平滑调节电抗器容量的输出。
2.2 MSVC动态无功补偿方案
MSVC磁可控动态无功补偿系统主要由磁控电抗器、阀组箱、控制柜体和滤波支路组成。接入系统的磁控电抗器采用△连接，可以消除3的倍数次谐波分量。控制柜体针对输电系统电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等电能数据进行实时检测。在根据检测值计算需要补偿的无功量和控制角α，然后向阀组箱发送触发信号，实现最佳的无功补偿效果。滤波支路为可选项，MSVC动态无功补偿系统自身只产生很小的谐波量，一般小于0.8%，因此补偿系统本身不需要配置滤波支路。
MSVC无功补偿系统有别于SVG系统不需要额外的隔离降压变压器，而是通过GIS开关柜直接接入35kv输电侧，西乡主变电所无补偿方案如图1。
2.3 控制策略
方案一：本地实时动态补偿
MSVC安装于西乡110kv主变电内可以采集35kv进线侧可110kv侧的电压、电流，由MCR智能控制单元进行就地无功补偿，即由314开关的无功智能控制器实时采集母线PT、主变低压侧电流进行计算无功大小，由控制器根据结果反馈给MSVC进行等量反相补偿，经一段时间的数据表明此方法只能在本地实际动态补偿本地效果能达至0.99以接近1，关口计费点的无功有所减少，功率因数有所提高，全时段依然不达标远低于0.9，详见图2，分析发现此方法不能有效对110kv电缆线路所产生的容性无功进行补偿从面导致了补偿效果不理想。
图2 2014年3月乐铁线本地实时动态补偿本侧及关口
计费侧补偿效果表
通过以上分析发现在地铁计量表侧功率因数近为1时（无功功率约为0kvar）对侧计费点，容性无功高达1200～2000kvar；此线路的无功量主要是由乐铁线路自身产生的倒送系统无功。
方案二：模拟异地动态补偿模式
为了能实现对异地计费点进行有效补偿，需采集对侧实时cosφ进行动态调整无功输出是最理想的方式，而目供电局不对外开放实时采集关口计费的计量数据，我们只能另相办法。
计算供电局关口计费点至无功补偿装置设置点电缆无功量（110kv乐铁线线路长3.1公里，非品字型安装），通过理论计算乐铁线110kv线路电容量为1823.3 kvar。
西乡110kv主变电所，110kv乐铁线路容性无功功率计算如下：
（1）QC=U×IC IC=U/XC XC=1/2πfC
由上述三个公式得知：QC=U2×2πfC
其中QC为电缆容性无功功率、U为电缆供电电压、IC为容性电流、XC为电缆容抗、f为供电频率、C为电缆电容。
（2）电缆电容C的计算
110kv交流聚氯乙烯3×400电缆每公里电容值为0.165微法每千米，其中乐铁线长度为5080m则乐铁线整体电容C=3.1km×0.165μF/km=0.5115μF
（3）由公式QC= U2×2πfC得：
QC=110000×110000×2×3.14×50×0.5115×10-6=1823var≈1.8MVar
计算结果表明乐铁线线路电容无功功率高达1800kvar，为了验证理论计算值正确性，分别同时采集计费关口电源输出点、本侧电输入电源端无功数据；数据分析表明地铁关口计费点至补偿点成容性负荷且无功量在1200kvar至容性2300 kvar之间波动变化，作者分析论为差值不一致是由于两侧采集数据不同步、设备采相样率及上传速率不一致、两侧计量表变比过大（供电局侧高达88万倍）等引起的正常偏差值。
计算值及现场实测数分析乐铁线两端无功差成容性、因地铁负荷变化两侧无功也同样呈现相同化趋势且差值始终处于容性1200kvar至容性2300 kvar之间波动；基于地铁负荷瞬时变化较大（无功处于动态值），为避免向系统过补偿感性无功，我们将MSVC控制器的平衡参数设为本侧过补偿1900kvar的动态无功锁定，本侧无功潮流动稳值为1900kvar，不考虑本侧功率因数cosφ的变化，使对侧计费点的无功量近视0值，从而使关口计费点率因数cosφ保障0.95以上。
通过以上两种补偿模式的实际效果测试，充分表明了在地铁内部同样能实现异地动态补偿，通过锁定动态补偿量使异地关口计费点功率因数cosφ达到0.95以上甚至接近1，从而避免了功率因不达标交纳考核电费。
4 异地动态补偿优势
4.1 无需实时采集供电局计费侧的表计数据，能够仅采集变电站侧的表计数据即可实现计费侧功率因数的全补偿要求。
4.2 动态补偿调整方式简单通用，无论供电方式和负荷情况如何变化，都能对系统功率因数进行有效补偿。
4.3 动态补偿灵敏度高，对有功功率及功率因数进行实时追踪实现高效快速的自动补偿投切。
4.4 通过无功补偿装置的投入，能够有效稳定线路电压，减少电压波动的影响。
4.5 降低电能损耗。提高了系统的功率因数，能够有效的减少线路上的电能损耗，达到节能环保要求。
4.6 减少用户电费支出。功率因数的提高直接减少了向电网公司的力调电费支出，获得了明显的经济效益，依据目前投运的效果测算投入运行MSVC西乡主所每年减少及奖励考核电费约310万元，线路损耗约120万元，经济效益非常可观，一年可收回投资成本。
5 该补偿装置的不足之处
MSVC无功补偿装置在运行过程中会产生持续的低频噪音，对值班人员及周边住户产生不适影响，因此需配套安装噪音隔离防护设备，满足环评标准。
6 结束语
在地铁设计规划时应充分考虑同步设计无功补偿系统，优选低成本，动态可调无功补偿设备；地铁车站级400V系统主要成感性无功，本地功率因数基本达标，不宜在投入补偿设备，目前全国各地铁车站无一投入运行车站级无功补偿设备；建议在地铁新线设计规划时取消地铁车站级400V无功补偿设备；在集中式供电变电所内集中安装一套无功补偿设备。
参考文献
[1]周均德.无功补偿与节能降耗在电网运行中的重要性分析[J].高科技与产业化，2010（12）：79.
[2]周冬莉，韩国庆.SVG无功补偿装置在供电系统节能降损中的应用[J].煤矿机械，2012，33（4）：200-201.
110kv交流聚氯乙烯3×400电缆每公里电容值为0.165微法每千米，其中乐铁线长度为5080m则乐铁线整体电容C=3.1km×0.165μF/km=0.5115μF
（3）由公式QC= U2×2πfC得：
QC=110000×110000×2×3.14×50×0.5115×10-6=1823var≈1.8MVar
计算结果表明乐铁线线路电容无功功率高达1800kvar，为了验证理论计算值正确性，分别同时采集计费关口电源输出点、本侧电输入电源端无功数据；数据分析表明地铁关口计费点至补偿点成容性负荷且无功量在1200kvar至容性2300 kvar之间波动变化，作者分析论为差值不一致是由于两侧采集数据不同步、设备采相样率及上传速率不一致、两侧计量表变比过大（供电局侧高达88万倍）等引起的正常偏差值。
计算值及现场实测数分析乐铁线两端无功差成容性、因地铁负荷变化两侧无功也同样呈现相同化趋势且差值始终处于容性1200kvar至容性2300 kvar之间波动；基于地铁负荷瞬时变化较大（无功处于动态值），为避免向系统过补偿感性无功，我们将MSVC控制器的平衡参数设为本侧过补偿1900kvar的动态无功锁定，本侧无功潮流动稳值为1900kvar，不考虑本侧功率因数cosφ的变化，使对侧计费点的无功量近视0值，从而使关口计费点率因数cosφ保障0.95以上。
通过以上两种补偿模式的实际效果测试，充分表明了在地铁内部同样能实现异地动态补偿，通过锁定动态补偿量使异地关口计费点功率因数cosφ达到0.95以上甚至接近1，从而避免了功率因不达标交纳考核电费。
4 异地动态补偿优势
4.1 无需实时采集供电局计费侧的表计数据，能够仅采集变电站侧的表计数据即可实现计费侧功率因数的全补偿要求。
4.2 动态补偿调整方式简单通用，无论供电方式和负荷情况如何变化，都能对系统功率因数进行有效补偿。
4.3 动态补偿灵敏度高，对有功功率及功率因数进行实时追踪实现高效快速的自动补偿投切。
4.4 通过无功补偿装置的投入，能够有效稳定线路电压，减少电压波动的影响。
4.5 降低电能损耗。提高了系统的功率因数，能够有效的减少线路上的电能损耗，达到节能环保要求。
4.6 减少用户电费支出。功率因数的提高直接减少了向电网公司的力调电费支出，获得了明显的经济效益，依据目前投运的效果测算投入运行MSVC西乡主所每年减少及奖励考核电费约310万元，线路损耗约120万元，经济效益非常可观，一年可收回投资成本。
5 该补偿装置的不足之处
MSVC无功补偿装置在运行过程中会产生持续的低频噪音，对值班人员及周边住户产生不适影响，因此需配套安装噪音隔离防护设备，满足环评标准。
6 结束语
在地铁设计规划时应充分考虑同步设计无功补偿系统，优选低成本，动态可调无功补偿设备；地铁车站级400V系统主要成感性无功，本地功率因数基本达标，不宜在投入补偿设备，目前全国各地铁车站无一投入运行车站级无功补偿设备；建议在地铁新线设计规划时取消地铁车站级400V无功补偿设备；在集中式供电变电所内集中安装一套无功补偿设备。
参考文献
[1]周均德.无功补偿与节能降耗在电网运行中的重要性分析[J].高科技与产业化，2010（12）：79.
[2]周冬莉，韩国庆.SVG无功补偿装置在供电系统节能降损中的应用[J].煤矿机械，2012，33（4）：200-201.
110kv交流聚氯乙烯3×400电缆每公里电容值为0.165微法每千米，其中乐铁线长度为5080m则乐铁线整体电容C=3.1km×0.165μF/km=0.5115μF
（3）由公式QC= U2×2πfC得：
QC=110000×110000×2×3.14×50×0.5115×10-6=1823var≈1.8MVar
计算结果表明乐铁线线路电容无功功率高达1800kvar，为了验证理论计算值正确性，分别同时采集计费关口电源输出点、本侧电输入电源端无功数据；数据分析表明地铁关口计费点至补偿点成容性负荷且无功量在1200kvar至容性2300 kvar之间波动变化，作者分析论为差值不一致是由于两侧采集数据不同步、设备采相样率及上传速率不一致、两侧计量表变比过大（供电局侧高达88万倍）等引起的正常偏差值。
计算值及现场实测数分析乐铁线两端无功差成容性、因地铁负荷变化两侧无功也同样呈现相同化趋势且差值始终处于容性1200kvar至容性2300 kvar之间波动；基于地铁负荷瞬时变化较大（无功处于动态值），为避免向系统过补偿感性无功，我们将MSVC控制器的平衡参数设为本侧过补偿1900kvar的动态无功锁定，本侧无功潮流动稳值为1900kvar，不考虑本侧功率因数cosφ的变化，使对侧计费点的无功量近视0值，从而使关口计费点率因数cosφ保障0.95以上。
通过以上两种补偿模式的实际效果测试，充分表明了在地铁内部同样能实现异地动态补偿，通过锁定动态补偿量使异地关口计费点功率因数cosφ达到0.95以上甚至接近1，从而避免了功率因不达标交纳考核电费。
4 异地动态补偿优势
4.1 无需实时采集供电局计费侧的表计数据，能够仅采集变电站侧的表计数据即可实现计费侧功率因数的全补偿要求。
4.2 动态补偿调整方式简单通用，无论供电方式和负荷情况如何变化，都能对系统功率因数进行有效补偿。
4.3 动态补偿灵敏度高，对有功功率及功率因数进行实时追踪实现高效快速的自动补偿投切。
4.4 通过无功补偿装置的投入，能够有效稳定线路电压，减少电压波动的影响。
4.5 降低电能损耗。提高了系统的功率因数，能够有效的减少线路上的电能损耗，达到节能环保要求。
4.6 减少用户电费支出。功率因数的提高直接减少了向电网公司的力调电费支出，获得了明显的经济效益，依据目前投运的效果测算投入运行MSVC西乡主所每年减少及奖励考核电费约310万元，线路损耗约120万元，经济效益非常可观，一年可收回投资成本。
5 该补偿装置的不足之处
MSVC无功补偿装置在运行过程中会产生持续的低频噪音，对值班人员及周边住户产生不适影响，因此需配套安装噪音隔离防护设备，满足环评标准。
6 结束语
在地铁设计规划时应充分考虑同步设计无功补偿系统，优选低成本，动态可调无功补偿设备；地铁车站级400V系统主要成感性无功，本地功率因数基本达标，不宜在投入补偿设备，目前全国各地铁车站无一投入运行车站级无功补偿设备；建议在地铁新线设计规划时取消地铁车站级400V无功补偿设备；在集中式供电变电所内集中安装一套无功补偿设备。
参考文献
[1]周均德.无功补偿与节能降耗在电网运行中的重要性分析[J].高科技与产业化，2010（12）：79.
[2]周冬莉，韩国庆.SVG无功补偿装置在供电系统节能降损中的应用[J].煤矿机械，2012，33（4）：200-201.
