SVG在天津地铁供电系统的应用

摘要：本文分析了地铁供电系统功率因数的特点，介绍了天津地铁供电系统svg组成及功能，分析了SVG设备运行维护的基本情况，有一定参考价值。

关键词：功率因数；无功补偿；SVG

中图分类号：TK315文献标识码： A

为了解决地铁系统功率因数，需要一种既能补偿容性无功又能补偿感性无功的设施，采用普通的并联电容无功补偿已经不能满足要求。随着电力电子的发展，IGBT技术的成熟，新型的静止无功补偿器（SVG）已经较多的投入运行，它能够根据系统功率因数及时发出或吸收系统要求的无功，保证功率因数保持在一个要求的水平上。

1地铁供电系统功率因数特点

地铁主变电所的功率因数主要由牵引负荷和动力照明负荷的性质所决定。对于牵引负荷，由于采用24脉波整流方式，理论基波功率因数在0.98以上，不可调变流器的位移因数在0.95以上，因而其总功率因数可达0.96左右。对于动力照明负荷，主要产生感性无功，大部分功率因数比较低，一般在0.8左右。

在地铁运行初期，由于牵引及动力负荷（主要为感性）较小，35kV电缆充电无功（容性）作用显著，导致这部分容性无功无法被中和，以致返送至电力系统。我国现在运营的城市轨道交通系统，如天津津滨轻轨、南京地铁等，在运营初期不投入低压无功功率补偿装置的情况下，仍存在容性无功返送的情况，导致主变电所功率因数达不到电力部门的要求。

2 天津地铁SVG各部分组成

SVG动态无功补偿装置的主要配置及组成如下图所示，主要由控制柜、启动柜及功率柜构成。

启动柜由启动开关、充电电阻、隔离刀闸和接地刀闸等几个部分组成。SVG装置的启动方式设计为自励启动。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的80％后，控制系统闭合启动开关，将充电电阻旁路。在装置进行检修时，隔离刀闸和接地刀闸提供了安全保证。隔离刀闸可将装置与系统断开，提供明显的断开点，接地刀闸保证装置输入侧处于接地状态。

功率柜的主要组件是功率单元。VG功率柜有4个，其中每个功率柜分三层安装有9个功率单元，每相12个功率单元。功率模块的控制器，除了采样回路、保护回路和输出驱动回路外，几乎所有的逻辑和通讯处理均采用大规模FPGA芯片完成，智能化的设计使得硬件设计简单，软件设计灵活，便于以后的功能修改和升级，而且可靠性高，受功率器件的干扰小。由功率模块构成的IGBT逆变装置将直流电压逆变成交流电压，并控制该交流电压的频率、幅值和相位，从而实现整个装置输出无功调节和滤波功能，SVG输出交流电压经隔离变压器升压后接入系统；

直流电容选用薄膜电力电容。直流电容器为装置提供直流电压支撑（相当于调相机的励磁装置），并对直流电压起平波作用；采用功率电阻和开关串联的方式进行放电，不但可以实现均压，而且在输入开关断开后，可以给直流电容放电，避免人身伤害事故的发生。

控制柜由主要由控制器、显示操作面板、控制电源、继电器、空气开关等部分组成。控制电源提供了DC24V和DC5V电源系统，为控制器和继电器操作供电。显示面板包括了液晶屏显示、信号指示灯和数字显示表。控制器由西门子PLC模块、触摸屏、主控制器组成。控制保护监测综合系统可快速检测系统的电压、无功变化，计算装置所应提供的无功容量，并据此实现触发脉冲产生和分配；并对成套装置实现分层分级的保护。

3 SVG设备的运行情况

天津地铁2、3号线共有4座110kV主变电站，共配置国内两个知名品牌的SVG设备8套，自2012年陆续投运，设备共发生故障20多次，主要的故障类型如下：

(1)由于环境条件不佳，造成设备停机。

初期变电站未安装空调，设备本身散热量较大，导致温度较高，易造成设备自保护，致无法投运。

(2)开关电源故障

个别开关电源质量不可靠，造成设备故障，共发生4次。

(3)IGBT驱动板故障

共发生3次。

(4)控制设备死机

原因不明，共发生2次。重启设备后恢复正常。

(5)元器件插接不良

设备组装缺陷，重新插接后设备恢复正常。

(6)设备不明原因保护动作共发生3次。

综上，自设备投运以来，由于环境、设备元器件质量、设备组装等因素，发生了一些造成设备停运的故障（主要是元器件故障），但设备保护系统均可靠动作，未造成较严重的设备损失；总体上来说，运行较平稳、可靠。

4 SVG设备的维护

SVG设备具有较好的免维护性，但是，由于环境的温度、湿度、粉尘及振动等因素的影响， SVG 内部器件的老化及磨损等诸多原因，都会导致SVG潜在的故障发生，因此，需要对SVG进行日常和定期的保养及维护。

4.1 日常巡检

（1）运行中应每天检查室内温度，通风情况，注意室内温度不应超过38℃；当室内温度高于38℃应尽快做降温处理，如加强室内外通风，开启空调，打开功率柜柜门等；若室内温度低于2℃时，应停止功率柜风机，待室温高于20℃时再重新开启。

（2）运行中应每天巡视装置状态，如果装置内发出异常声响，排风口处没有出风或风量比平时偏小，则应立即停机更换风扇，当装置出现异味（特别是臭氧味）时，应立即检查处理。

（3）运行后应每年安排一次计划停机，并打开一个功率单元抽检电容，如果其中任何一个电容出现电解质泄露、安全阀冒出或电容主体发生膨胀时，应进行更换处理。

（4）检查变压器柜、功率柜滤尘网是否通畅；散热风机运转是否正常。

（5）SVG投入运行第一个月内，将变压器所有进出线电缆、功率单元

进出线电缆紧固一遍，以后每半年紧固一遍，并用吸尘器清楚柜内灰尘。

4.2 定期维护

（1）投运后，每一季度应重复进行一次测量接触点温度的工作。

（2）每运行半年，应对电路板，设备内外上的粉尘进行一次全面的清扫，建议使用吸尘器。

（3）每运行半年，应对变压器所有进出线电缆、功率单元进出线电缆紧固一遍。

（4）在停电状态下，建议用2500V摇表测量每一个功率单元对地的绝缘电阻，应不小于10兆欧；

（5）长期存放的SVG须在2年内作一次通电试验，通电前须作耐压试验。

4.3 特别更换

SVG 易损坏器件主要为冷却风机，冷却风机可能损坏原因：轴承磨损，叶片老化。判断标准：停机时风扇叶片等是否有裂缝，开机时声音是否有异常振动。当判断冷却风机存在缺陷或故障后应立即更换。

5结语

在地铁运行初期，由于牵引较小，系统功率因数较小，以致不满足电力系统对用户功率因数的要求，投入SVG可以有效的对地铁供电系统的功率因数进行补偿。天津地铁2、3号线110kV主变电站均采用以IGBT 为核心的动态补偿SVG 系统，供电系统送电初期，功率因数曾低至0.6，设备投运后功率因数提高至0.99，总体上来说运行平稳，起到了较好的补偿效果。

参考文献：

［1］焦剑扬，刘明光．牵引变电所无功补偿方式综述［J］.电气开关，2006，(6)

作者简介，陈怀军，男（1981-），工程师，毕业于兰州交通大学电气工程学院，电气工程及其自动化专业，现就职于天津地铁运营公司设备中心，负责供电系统全面管理。