津滨轻轨供电系统节能性研究

王岩 郭明

（天津滨海快速交通发展有限公司 天津 300457）

津滨轻轨供电系统节能性研究

王岩 郭明

（天津滨海快速交通发展有限公司 天津 300457）

面对集成度高、能耗量大的津滨轻轨系统，滨海快速公司将节能降耗纳入公司发展战略，通过对供电系统功能分析、无功补偿节能分析、中压环网电压等级的合理性分析，先后引进无功补偿、谐波治理、电力监控等先进的节能技术，着力为天津市民打造安全舒适、低碳经济的出行方式。

节能性分析；无功补偿；谐波治理；电力监控

津滨轻轨是承担天津市区和滨海新区运营任务的城市轨道交通线路，全长52.25km，共设19座车站、1个车辆基地和1个停车场。津滨轻轨系统主要消耗的能耗包括电、热力、燃气，其中电耗占比69%。如何降低电力消耗、提高用电品质、合理调度电力资源成为一个重要的研究课题。津滨轻轨通过对供电系统功能分析、无功补偿节能分析、中压环网电压等级的合理性分析，先后对主变电所完成了无功治理、谐波治理，并在全线设立了电力监控系统（SCADA），根据各方面节能性分析，制定了切实可行的节能措施。

1 供电系统的主要功能

津滨轻轨供电系统的电源取自三个主变电站，其中华北陶瓷主站及小东庄主站为110kV变电站，十一经路主站为35kV变电站。目前轻轨供电系统包含 AC110kV、AC35kV、DC1500V、AC380V、AC220V等电压等级，为了实现电压等级由高到低的转化，系统中安装使用了不同类型的变压器共计110余台，其中4台油浸式变压器，其余均为干式变压器。通过对供电网络设置分析，供电系统具备以下功能：（1）接受并分配电能功能；（2）降压整流功能；（3）传输和供给直流电能的功能；（4）降压变配电功能；（5）对供电设备实施电力监控的功能；（6）对杂散电流进行防护的功能。

2 供电系统运行分析

2.1 中压环网电压等级的节能合理性分析

根据城市轨道交通行业的发展现状，供电系统中压网络电压等级主要有35kV、20kV、10kV几种形式，不同电压等级中压网络的经济、技术比较如下表所示：

表1 不同电压等级的中压供电网络比较表

从上表可以看出，35kV中压网络具有输电半径和输电容量大、电能损失较小的优点，但设备体积较大、产品价格较高，国内大部分城市均采用这种形式；10kV中压网络输电半径和容量小、电能损失大、设备实现国产化、设备体积较小、产品价格较低，国内城市也有采用；20kV中压网络特点处于两者之间，但国内城市轨道交通尚未采用过。

由于电费在城市轨道交通将来的运营成本中所占比例很大，从长远的角度来看，中压供电环网的电压等级宜首选较高的电压等级。津滨轻轨中压网络采用35kV等级从节能角度考虑是合理可行的。

2.2 0.4kV线路损耗分析

0.4kV线路损耗包括运营期间损耗和运营后损耗，运营期间车站与区间设备处于正常工作状态，线路损耗较大；运营后只有少量照明、环控和弱电设备处于工作状态，线路损失很小。根据轻轨每天运营18 h计算，年运营时间为6570 h，年停运时间为2190 h。动力照明用电负荷供电的线路加长，电压损失和线路损耗将加大。

2.3 牵引供电系统

目前国内外轻轨供电系统的电压制式主要有DC750V和DC1500V两种。根据车辆的受流方式，轻轨的牵引网安装形式主要有接触轨和架空接触网两种，由于津滨轻轨均采用架空接触网授流方式，下面主要针对DC1500V和DC750V两种电压等级进行分析。

DC750V架空接触网授流方式应用广泛，具有非常成熟的应用经验，系统设备的系列化、标准化较好，牵引变电所内的单体设备投资略有降低。

与DC750V电压等级相比，DC1500V电压等级具有如下优点：（1）牵引变电所数量可以显著减少，降低了供电系统的投资。（2）在同一个供电区间行车密度足够大时，较长供电臂长度吸收、利用列车再生能量。（3）电能损耗较小，节省运营费用。

因此津滨轻轨采用DC1500V电压等级节能效果高于DC750V电压等级。

2.4 机车内部运行供电

津滨轻轨系统采用的是日本进口的新型机车，采用电机驱动机车前进。其工作原理是机车经受电弓将接触网网上的直流1500V电源引到车上，一部分经过隔离开关、高速断路器、滤波电抗器、VVVF逆变器后送给直流牵引电机驱动机车；另一部分经过二极管整流桥后经过隔离开关、SIV逆变器后变为交流电，供给机车的控制系统、门电机等辅助设备。

3 系统节能措施分析

3.1 无功补偿装置节能量分析

运营初期，根据观测和统计，轻轨每月有功电量在8× 104kW·h左右，而无功电量为4×104kWh左右，功率因数仅为0.25，造成了电能的极大浪费。为了改善供电网络的运行条件，降低线路无功电能损耗，改善电网的运行条件，公司对主变电所进行了无功改造。这样不仅提高了电力系统的效率，降低电客车的运行成本，也有效的保障了客运系统稳定和高效的运行。

轻轨华北陶瓷变电站供电系统运行负荷率很低（10%～20%），35kV单芯电缆数量多、距离长，相对电缆充电功率较大，出现35kV电压偏高的问题。2004年4月试运营之后，其容性无功倒送系统的问题更加突出表现出来。鉴于轻轨客流及其负荷情况的不确定性，安装了感性无功补偿装置（SVC），可实时按照供电系统的负荷情况进行功率因数调节，使供电系统达标。投入运行后，使轻轨主站35kV供电系统功率因数由原来的低于0.3全部调节至0.99，超过国家电网0.96的水平。无功电量减少了80%以上，改造前每度有功电量消耗间接造成无功损耗达4.33kvarh,改造后单位有功电量与无功比例仅为1：0.16，由于无功电量减少，使功率因数大大提高，有效节约了电能的消耗，也解决了无功倒送的问题，并且每个月为公司节约电费80万元～100万元。