牵引变电所论文参考文献

电气化铁路中SVC负序补偿应用技术研究 摘要：随着电气化铁路的迅速发展，电铁牵引负荷产生的负序分量及高次谐波，除对牵引供电系统造成危害外，还会造成电力系统负序及谐波污染[1]，因而，电铁的负序及谐波危害已成为制约我国电气化铁路发展的重要因素。结合电气化铁路给电网带来的影响，着重探讨电铁负序补偿中SVC的使用问题。根据国外一些发达国家如日本、澳大利亚等国成功将SVC技术应用在电气化铁路的无功和负序补偿案例以及国内SVC负序补偿应用实例，对SVC负序补偿原理及运行方式进行了研究分析，对SVC在电铁负序治理中的应用前景做了初步探讨，以期提高电力系统运行的经济效益和社会效益。 关键词：电气化铁路；负序补偿；SVC 0 引言 世界上第一条用电力机车作为牵引动力的电气化铁路于1879年在德国柏林建成。中国于1961年建成第一条电气化铁路———宝成铁路的宝鸡至凤州段。电气化铁路问世后发展很快，法国、日本、德国等国家已形成以电气化铁路为主的铁路运输业，大部分货运量由电气铁路完成。电气化机车上不设原动机，其电力由牵引供电系统提供。该系统由牵引变电所和接触网构成，来自高压输电线路的高压电经牵引变电所降压整流后，送至铁路架空接触网，电气机车通过滑线弓受电，牵引机车行驶。由于电力机车运营可以使铁路运输成本降低30%～40%，因此越来越成为发展的方向。电力机车是波动性很大的大功率单相整流负荷，对于三相对称的电力系统供电来说，电铁牵引负荷具有非线形、不对称和波动性的特点，将产生三相不平衡的负序及高次谐波电流注入电网[1]，使得旋转电机转子发热、电力变压器使用寿命缩短、输电线路送电能力降低，继电保护装置误动及安全自动装置不能正常投切等诸多影响电网运行的不利因素。因此，必须对电铁机车对电力系统的影响有足够的重视并采取应对措施[2-3]。目前关于电铁谐波治理的技术已经趋于成熟[4]，但对于负序的治理仍存在很多问题，传统上广泛使用的关于减小电铁负序分量的方法大多是合理安排机车及系统机组运行方式，尽量削弱电铁负序分量对电网的影响，此方法虽能在一定程度上控制电铁对电力系统的影响，但仍存在诸如列车运行方式临时变化、电力系统机组检修等问题，影响治理效果。根据电铁负荷给电网带来的负序影响，着重对SVC负序补偿基本原理及运行方式进行了研究分析；将国内外应用SVC治理电铁负序分量的案例做了综述；最后对SVC在电铁负序治理中的应用前景做了初步探讨。 1 电铁负荷负序分量对电网的影响 负序分量对电网的影响[2] 对旋转电机的影响 1）汽轮发电机转子为敏感部位，因为汽轮发电机转子负序温升比定子大，存在局部高温突出部位，国内曾发生过向电铁供电的汽轮发电机转子部件嵌装面过热受损的事故；另一方面，当负序电流流过发电机时，产生负序旋转磁场、负序同步转矩，使发电机产生附加振动。 2）对邻近牵引变电所而远离电源的异步电动机，其定子绕组为敏感部位。同时还将在电动机中产生一反向旋转磁场，此反向磁场对电动机转子起制动作用，影响其出力。在谐波和负序电流的共同影响下，国内曾发生多起定子绕组过热烧毁事故。 对电力变压器的影响负序电流造成电力系统三相电流不对称，使得变压器的额定出力不足（即变压器容量利用率下降）。 对输电线路的影响流过电力网的负序电流，只是降低了电力线路的输送能力，并不作功。 对继电保护和自动装置的影响对各种以负序滤波器为启动元件的保护及自动装置干扰：由于保护按负序（基波）量整定，整定值小、灵敏度高。滤波器为启动元件时，实际运行中已引起下列保护和自动装置误动。 1）发电机的负序电流保护误动。2）变电站主变压器的复合电压启动过电流保护装置的负序电压启动元件误动。3）母线差动保护的负序电压闭锁元件误动。4）自动故障录波装置的负序启动元件的误启动，导致无故障记录而浪费记录胶卷。在频繁误动时，可能造成未能及时装好新胶卷而导致发生故障时无记录。 负序分量影响的标准[5] 我国有关同步发电机承受不平衡电流允许值的规定如下：1）在按额定负荷连续运行时，汽轮发电机三相电流之差不超过额定值的10％，水轮发电机和同步调相机三相之差不超过额定值的20％，同时任何一相的电流不得大于额定值。2）在低电压额定负荷连续运行时，各相电流之差可以大于上面的规定值，但应根据实验确定数值。对于100 MW及以下汽轮发电机，当三相负荷不对称时，若每相电流均不超过额定值，且负序分量与额定电流之比不超过8％，应能连续运行，100 MW以上的发电机，一般认为负序分量与额定电流之比不超过5％。 2 SVC负序补偿基本原理及运行方式[6-8] SVC全称为“静止型动态无功补偿器”，主要用于补偿用户母线上的无功功率，其通过连续调节其自身无功功率来实现的，一般SVC由并联电感和电容两个回路组成，其中感性回路为动态回路，其感性无功功率可连续分相调整，使得整个装置无功功率的大小和性质发生变化，分相控制的依据为三相平衡原理。用Qs表示系统总无功功率，QF为用户负荷的无功功率，QL为晶闸管控制电抗器（TCR）的无功功率，QC为电容器无功功率，上述平衡过程可以用公式（1）来表达：Qs=QF+QL-QC=常数=0 （1）如图1所示，A为系统工作点。负荷工作时产生感性无功QF，补偿装置中的电容器组提供固定的容性无功QC，一般情况下后者大于前者，多余的容性无功由TCR平衡。当用户负荷QF变化时，SVC控制系统调节TCR电流从而改变QL值以跟踪，实时抵消负荷无功，动态维持系统的无功平衡。最简单的TCR装置组成和工作原理如图2所示：TCR的基本结构是两个反并联的晶闸管和电抗器串联。晶闸管在电源电压的正负半周轮流工作，当晶闸管的控制角α在90°~180°之间时，晶闸管受控导通（控制角为90°时完全导通，180°时完全截止）。在系统电压基本不变的前提下，增大控制角将减小TCR电流，减小装置的感性无功功率；反之减小控制角将增大TCR电流，增大装置的感性无功。就电流的基波分量而言，TCR装置相当于一个可调电纳。其等效电纳为：式中，α为晶闸管导通角；L为电抗器电感值；ω为网压的角频率。对于不对称负荷，应采用分相调节，根据瞬时电压和电流求出所需的补偿电纳。TCR分相调节的理论基础为司坦麦兹（STEINMETZ）理论，在此理论指导下，SVC能够将负荷补偿为纯有功的三相平衡系统。司坦麦兹（STEINMETZ）理论有多种表达形式，本文给出一种常用的补偿电纳公式：r分别为△连接的补偿电抗器电纳值；V为系统电压有效值为系统电压（线电压）瞬时值；ia(I)，ib(I)，ic(I)为系统电流瞬时值；T为采样周期，一般为10 ms。根据以上补偿理论，将一个理想的补偿网络与负荷相连就可以把任何不平衡的三相负荷变换成一个平衡的三相有功负荷，而不会改变电源和负荷间的有功功率交换，能够取得良好的电能质量治理效果。 3 SVC在电铁负序治理中的应用 国外电铁SVC应用情况 日本东海道新干线西相模牵引变，根据牵引变接入电网点检出的无功电流和负序电流，由负荷特性计算补偿电路SVC所需无功电流的数值，对TCR中的晶闸管触发信号加以控制，从而对有功功率的不平衡与负序进行补偿。澳大利亚昆士兰铁路将总容量为600 MV·A的套SVC根据需要分别装设在沿途各牵引变的低压侧，将一套340 MV·A的SVC装设在更高一级电压等级的电网。补偿后，负序电压由补偿前的下降到％。英法海底隧道采用了ABB提供的SVC以解决负荷平衡问题，通过SVC补偿后，不平衡度小于％。 国内电铁SVC应用情况 2000年10月，神朔电气化铁路（神华集团）开通，单相供电牵引所产生巨大负序电流，引起三相供电系统的不平衡，给邻近神木电厂（属神华集团）发电机组（2×100 MW）稳发、满发以及整个陕北电网的稳定和安全运行带来严峻考验。2000年11月至12月神木发电公司2台发电机组由于负序原因被迫停运，损失发电量超过1×108 kW·h。2001年330 kV神木变投运后，供电质量得到了一定的改善。根据实测，330 kV神木变2台主变并列运行时，神木发电公司单机组运行，发电机中负序电流可达到额定电流的15%（规定值＜8%，2 台机组同时运行时发电机中负序电流也可达到8%的临界值)。为保证发电公司能正常发电，330 kV主变只能采用分列运行方式，1台供神木发电公司发电进网，1台供电铁牵引站送电。在该方式下，单机组发电时，发电机中的负序电流仍时有超过8%的现象发生。由于电铁的影响，神木发电公司在运行中还经韩宏飞等：电气化铁路中SVC 负序补偿应用技术研究 常出现发电变差动保护误动、循环水泵电机过负荷等故障。2002年，经过多方考虑神华集团公司斥巨资在神朔电铁供电线路上加装静止型动态无功补偿装置（SVC）以治理电铁牵引站对电网所产生的污染，包括抑制谐波、提高功率因数、快速连续无功调节、抑制电压波动和闪变、解决三相不对称等问题。神朔SVC工程与2002年5月底投入运行，并于2002年8月10日完成竣工验收移交。其间西北电力试验研究院受用户委托对该工程进行了实际跟踪测试，证明该设备性能稳定、运行安全可靠、各项指标均为优良、补偿效果良好，完全达到并优于用户要求，方案实施后取得了预期效果。该装置在国内首次实现了110 kV电铁供电线上对多座电铁牵引负荷的整体动态实时补偿，首开电铁与电网补偿综合治理的成功先例。 4 结语 SVC装置在电气化铁道中应用的主要问题是资金问题。随着我国电网建设的进一步发展以及电气化铁路大规模的建设，对SVC在电铁中的应用提出了更高要求，迫切需要设计、生产出性能最佳、价格便宜的SVC装置。辽宁某厂家生产的SVC，于1997年通过了辽宁省科委及原国家计委重点工业性试验项目鉴定，实现了国产化；中国电力科学研究院生产的SVC于2004年在鞍山红一变投入运行，也实现了国产化；在我国冶金、煤炭、化工、电铁等行业中使用的SVC，国产的占绝大多数。国产SVC实用化程度进一步提高，国产的SVC装置除具备SVC的常规特点外，还具有无水冷却（热管自冷技术），出厂前进行全载、全压试验，运行中可以进行远程实时监控运行等特征。近10 a来，国产SVC装置的安全运行实践证明了国产SVC装置技术经济指标的优越性和先进性。经辽宁该厂家建议，由全国电压/电流等级和频率标准化技术委员会牵头制定的中华人民共和国国家标准《静止式动态无功功率补偿装置（SVC）功能特性导则》和《静止式动态无功功率补偿装置（SVC）现场试验导则》报批稿已经上报，必将促进SVC的进一步发展。目前，国产SVC的规模化生产能力不仅完全可以满足我国电力系统和各行业的需要，而且还具有出口能力。目前该厂家生产的我国第一套应用于电气化铁路的高压大功率静止无功发生器亦进入最后调试阶段，此套装置将发往上海铁路局用于电气化铁路电能质量治理。首套电铁系统专用静补装置的问世，标志着我国成为世界上少数几个掌握该技术的国家。目前国产SVC已占领了国内电气化铁路系统、冶金行业绝大部分市场份额，成为世界上SVC的主要制造商之一，2006年的装机数量更是首次超过瑞士ABB与德国西门子SIEMENS，跃居全球第一，国内厂家精心研制的高压动态无功补偿装置（SVC）已具有国际同期先进水平。可以预见，随着国产SVC技术水平的进一步成熟、性价比的进一步提高，SVC在我国电气化铁路建设中必将发挥重要作用，为促进我国铁路建设实现跨越式发展提供有力保障。 [参考文献]: [1] 林建钦,杜永宏. 电力系统谐波危害及防止对策[J].电网与清洁能源，2009，25（02）：28-31. 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城轨交通工程系统总联调及运营演练的探讨 摘要：介绍城市轨道交通工程体系的组成，阐述实施机电设备系统总联调和运营演练的重要意义，探讨联调、试运营阶段的王要内容、实施策略和工作目标，以达到建设与运营的无缝对接 关键词：城市轨道交通工程 系统总联调 运营演练 城市轨道交通工程是一项由多种先进技术集成、运营安全要求高、社会效应大的系统工程。城市轨道交通工程的实体建设过程大致可分为土建工程建设阶段、机电设备安装阶段、建筑装修阶段、机电设备调试阶段、机电设备系统总联调阶段、设备专项验收及运营演练阶段、设备最终验收及开通试运营阶段、设备维保及正式运营阶段，每个阶段的工程特点、管理模式、责任主体各有侧重。近年来，在地铁建设过程中，机电设备系统总联调阶段和设备专项验收及运营演练阶段越来越受到国内外一些城市轨道交通工程业界的高度重视。 机电设备系统总联调的功能是从系统的角度，验证机电设备之间的接口技术，整合各机电设备的技术性能和使用功能，实现各机电设备系统在同一技术水平、同一管理模式、同一安全认证平台上机一机、人一机之间有序可控、安全可靠的协调运转。运营演练是对系统总联调的功能验证，它是地铁工程实施建设与运营无缝对接的关键环节，是实现地铁工程人一机、人一人之间和谐、高效管理的外延，是关系到地铁工程能否顺利开通运营的第一步，在地铁运营环节中占据着极其重要的地位。 1城市轨道交通工程控制体系概述 地铁建设作为一项重大的综合系统工程，涉及城市规划、市政发展、工程施工、地下管道(水、煤气等)、电力供电、公交系统、工程总体规划和计划以及施工组织等诸多方面，迫切需要统筹规划.协调进度顺序，强化组织领导和保证物资、材料供应等。地铁工程自身的设备系统又包含电动客车、供电、通信、信号、售检票、环境控制、车站设备监控、防灾报警等多种技术和专项子系统设备，而子系统又各具相对的独立性和整体性，其设备配置必须满足子系统的功能要求;设备品种繁多，且来自不同的厂商，彼此衔接均有特定要求，等等。所有这一切决定了地铁设备应进行综合性的大系统联调和运营演练，其目的是确保地铁交通工程在城市交通运输体系中的主导地位，体现其良好的综合社会效益。 从目前国际国内城市轨道交通工程的现状看，其控制体系中所涵盖的机一机、人一机、人一人相互支持的8个主要支撑系统是系统总联调和运营演练的核心部分。 1 ) SCA}A(电力监控系统) 主要监控对象为高压变电系统、低压变电及供电系统、牵引变电系统等，实施对整个供电系统的数据采集、实时监控、安全控制、远程通信和供电复示，提供事故照明的备用电源。 2 ) BAS(环境监控系统) 由中央控制系统(OCC)、全线系统网络、车站控制系统、车站系统网络、现场控制机，以及监、控、测、调各设备组成。全线BAS组成两级(中央控制级和车站级)管理体系，实现三级(控制中心、车站、就地)控制功能。BAS监腔范围包括地下车站和区间隧道的空调通风及给排水、照明、电梯、扶梯等设备的控制管理，对上述设备进行全面系统的自动化监控和管理，确保其发挥最佳作用，维持地下车站和区间隧道适宜的温度、湿度，保证给排水、照明、电梯、扶梯等设备的自动、安全运行。在发生火灾、列车阻塞等事故的情况下，能够及时迅速地转入灾害运行模式，保护乘客安全，将灾害损失减到最小。BAS应能根据一年四季不同的气象条件与列车运营状况，自动按照设定的模式运行，在满足环境标准要求的前提下，尽可能降低车站设备的运行能耗。 3 ) FAS(防灾报警系统) 主要对轨道交通范围内各种建筑的火警火灾进行监控。火灾报警系统由全线「AS中央控制中心及车站控制室、电动客车段控制室的车站级FAS系统、各种车站现场设备以及网络通讯设备组成.车站现场设备包括火灾探测器、监视模块、控制模块、手动报警按钮、感温电缆、红外对射、消防专用电话和插孔、警报器、复示盘等。全线FAS控制中心与车站级FAS系统通过光纤网络进行通信，车站级FAS系统通过总线或多线与现场设备连接。 4) AFC(自动售检票)网络管理系统 AFC系统由中央计算机系统、编码系统、密钥管理系统、车站计算机系统和车站AFC终端设备、票卡、运营辅助设备、培训设备和软件系统等构成，监控/管理对象为AFC系统的各种售票机、加值机、闸机、验票机、车站主机、中心主机及网络设施。 5)信号系统 列车自动监控子系统(ATS系统)，可自动或由人工监督和控制正线(电动客车段、试车线除外)，以及向行车调度员和外部系统提供信息。ATS功能由完全位于OCC内的设备实现，设备包括时刻表数据库，库里存储有ATS功能要求的所有时刻表信息。列车自动防护子系统(ATP系统，包含了联锁系统)，为实现列车自动防护任务，需要与联锁和轨道空闲检测设备、各种电动客车设备(安全制动，驾驶和制动控制，车门)及列车自动监督ATS系统有众多接口。 6)通信系统 系统包括传输、无线、公务电话、专用电话、广播、电视监控、时钟、电源、光电缆等子系统，除了传输通信系统所需的语音、数据、图像等各种信息外，还可以对电力监控(SCADA)、自动售检票(AFC)、信号、防灾报警(FAS)、设备监控(日AS)等系统的信息实现透明传输，并传输其他运营管理等所需的信息，构成传送语言、文字、数据和图像等各种信息的综合业务传输网。 7 ) PIS(旅客向导系统) 系统的设备包括:LED旅客向导牌、LED发车计时器，提供旅客乘车信息、政府公告、出行参考、实时多媒体资讯信息和视频信息的旅客资讯播出设备，在行车调度中心（OCC)和正线各车站之间构建的旅客资讯系统，提供各车站LED旅客向导牌、LED发车计时器及相应的旅客资讯播出的控制器和服务器等设备。 8 ) OA(办公自动化)系统的网络管理系统 综上所述，对如此技术复杂、网络交织、互为支撑的大系统实施系统联合调试，并开展多种模式的运营演练，其必要性、现实性显而易见。 2实施机电设备总联调和运营演练的重要意义 实现地铁工程的系统性目标 地铁各子系统受专业、经验和其他因素的影响，最终往往局限于各自子系统目标的满足，或者虽在主观上预测它能满足大系统的要求但事实上达不到，需在联调中经由大系统到子系统的多次反馈与调整，方可认定子系统功能结构的完整性与合理性。地铁系统是由多个相互作用及匹配的子系统构成，是一个有机的集合体，表现出很强的关联性，其特征是各子系统设备间相互联系、相互作用或彼此制约。因此，在地铁设备中存在着多方位的接口关系，借助接口来实现各子系统的动态调整，完成大系统的综合集成。也就是说，只有经过对各子系统接口关系的动态联调，才能从整体上完成地铁设备大系统的有机集成。 2. 2实现移动设备与固定设备的最佳整体匹配 尽管地铁是由多个子系统组成的综合性大系统，但仅就地铁列车运行而言，则可以说线路工程是基础，列车和供电是关键，通信信号与网络是运行和安全的保障，三者是不可分割的整体。从动态观点上来看，三者又是移动设备与固定设备之间的有机结合，联调就是在系统目标协调下，寻求这两类设备间的最佳整体匹配。 任伺庞大而复杂的系统，都需要在设计、制定技术规范、制造、安装(或施工)及测试的各个阶段特别注意子系统之间的界面，因为子系统不单独运行，所以各子系统与其他的界面必须检查和验证，以证实其具备所需的功能并且不存在不兼容性。旅客乘坐地铁列车的安全性、舒适性及平稳性是通过地铁线路与列车的最佳匹配来实现的，线路的高平顺性及曲线半径的合理配置可减小列车的振动和轮轨间的动力作用，使行车的安全和平稳舒适性都能得到保证，轨道和电动客车部件的寿命和维修周期也随之延长;而列车的垂向、横向作用力又反过来明显地影响轨道及路基的稳定性与通过曲线的安全性，严重时将导致轨道变形、不平顺加剧直至出现严重的磨损与破坏。在现实中，没有不产生动力作用的列车，也没有不产生变形的线路，系统联调的任务就是寻求二者之间的匹配。 弓网匹配在常规电气化铁路运输中的矛盾一直比较明显，然而在低净空地铁隧道中所产生的弓网匹配问题却更加突出，除要求设计合理外，还须经联调实现弓网的最佳匹配，尽可能地降低离线率，提高受流质量，延长维修周期。 2. 3通过安全分析提高系统安全性 根据系统目标，在联调中按实际功能分析各子系统的安全性:一种是子系统故障将导致行车事故;另一种则是子系统故障仅影响大系统的局部功能，不致危及行车安全。对前一类子系统，应设定高可靠度，并据此确定系统部件的寿命期限，如线路轨道结构、电动客车走行部件、制动部件、列车运行控制系统(包括ATS,.ATO,ATP)的关键部件等;至于第二类不危及行车安全的子系统，则不必要求过高的可靠度，可采取定期检修与更换的手段，以恢复规定的功能。对故障将危及行车安全的子系统，需经联调确认其故障导向安全的性能。地铁的运行控制及行车指挥系统在发生故障时，必须以牺牲效率来换取列车的安全运行，这种特性应通过系统联调和运营演练加以检验、确定和完善。 2. 4为运营提供成熟可靠的技术系统 联调测试将是系统验证和测试过程的一个重要部分。一系列的电动客车联调测试，包括电动客车/地面通信、监督控制和数据采集系统及信号联调，都将在制造厂、实验基地、现场完成。这些测试将为其后进行的系统联调测试检验和验收过程的按时完成提供可靠的保证。 系统联调和运营演练的最后过程是系统预运营，包括:进行所要求的可维修性的预运营测试，采取所要求的日常和紧急维修措施的预运营，以及系统可用性和稳定性的预运营。通过系统的预运营，以验证系统的技术成熟性与技术可靠性。 2. 5保证国产化地铁设备的顺利开通 地铁设备国产化是一项具有深远意义的战略决策，是我国地铁建设蓬勃发展的根本出路。作为我国地铁电动客车及机电设备国产化的依托工程，地铁电动客车及机电设备国产化率要求高，有些设备是首次应用到地铁系统中。各系统设备之间或子系统设备之间，大量存在国产化产品和国外产品的组合。为实现较高的国产化率，一些技术成熟的关键设备采用国产化产品.但相对于系统而言它又是首次应用，存在着系统集成是否成功的风险。为此，必须进行系统联调和运营演练，以保证国产化设备的顺利开通。 2. 6培训运营队伍，提供解决商务争议的依据 地铁系统联调和运营演练是实现地铁建设系统目标的有效措施。通过联调和演练认证系统的运输能力，包括系统最大的输送能力、最短的运行时间及列车运行间隔;通过联调提高系统的服务质量，实现旅客乘坐的舒适性、列车运行的安全与平稳性、售检票的便捷性及车站环境的协调性;通过联调认证系统的社会经济效益，以使投入产出目标合理，社会和经济效益明显。 地铁工程系统联调和运营演练方案的指导思想是:由有经验的、合格的各专业技术人员进行规定的各系统、各项工作的测试、试验和调试，保证测试仪器和试验系统的先进性、可靠性、合法性。工作将按计划进行合理的部署，协调推进，达到工程按要求开通的最终目的。运营单位的人员也将参与此项工作及其后的测试，运营单位的管理和技术人员通过与专业化联调队伍的合作，了解各系统性能、系统之间的技术接口、系统达到使用功能的工作过程、系统易于出现的故障和解决故障的途径，并由此得到宝贵的在职实践培训。 通过系统联调和运营演练，可验证各子系统或设备是否达到与承包商约定的各项性能指标，检验在大系统工作条件下各子系统是否满足相应承包商合同所规定的要求，并指导各系统承包商和安装承包商在联调阶段的工作。通过客观、中立的检测记录和试验报告，为业主进行验收及索赔提供各项技术依据。由此可见，系统联调和运营演练是地铁建设进程中的一个十分重要而不可缺少的环节，应当认真规划和安排，使其发挥应有的作用。 3机电设备系统总联调和运营演练的任务 依据各子系统之间的相关程度与接口复杂程度，在系统联调和运营演练时，可将地铁系统划分为电动客车运行相关系统和运营相关系统两部分。电动客车运行相关系统包括电动客车子系统、信号与控制子系统、通信子系统、供电子系统、接触网子系统、轨道子系统、电动客车段子系统，运营相关系统包括售检票子系统、车站设备监控子系统、环控子系统、防灾报警子系统、电梯与扶梯子系统、给排水消防子系统。 3. 1机电设备系统总联调工作任务分析 为保证所有的子系统和各类部件充分发挥应有的作用，协调配合以提供高效的系统能力，需科学、全面地构思设备联调任务。依据各子系统之间的相关性，可将联调划分为电动客车/信号/通信设备预联调、系统冷滑试验、系统热滑试验、列车运行相关系统联调、运营相关系统联调、全系统联调、系统试运营、系统评估。在联调过程中，地铁列车的运行是核心，各子系统均应在列车运行状态下动态调整。对它们来说，满足系统目标的要求主要体现在满足列车运行的要求上。 联调可分为单系统调试、双系统接口调试、多系统联合调试、系统总联调等阶段。单系统调试、双系统接口调试任务一般涵盖在各系统承包商的供货或安装调试合同条款中，其实施主体是各系统承包商。多系统联合调试、系统总联调调试任务在各系统承包商的供货或安装调试合同条款中只明确其参与配合的责任，考虑到责任主体的管理力度和难度的要求，一般由业主或监理组织实施。主要项目应包括: (1)车站机电设备间的联调，包括FAS, BAS、气体消防、给排水及消防、冷站及环控系统、屏蔽门、扶梯、低压电器及事故照明; (2)电力监控系统SCADA与供电系统间的联调，包括与信号间的联调; (3)无线集群与信号、电动客车间的联调; (4)通信时钟、传输网与各相关系统间的联调，包括信号、AFC,FAS,BAF,SCADA、办公自动化，并模拟传输网中断时对各相关系统的影响; (5)信号系统与电动客车间的联调; (6)信号系统与屏蔽门之间的联调; (7)信号系统与车站设备监控系统(BAS)间的联调; (8)最大行车密度、低压满负荷不同运营方式时的供电能力与谐波测试(做8列车3 min间隔); (9)在最大行车密度运营条件下，对弱电系统及计算机设备的电磁抗干扰试验，结合最大行车密度、低压满负荷、不同运营方式下的供电能力与谐波测试进行; (10)电动客车与牵引供电系统间的短路试验。 3. 2运营演练工作任务分析 运营演练是验证、整合、构建整个地铁工程设计功能与使用功能的各项目标是否相互对应的关键环节，是进一步建立安全、可行、有序、高效的运营规章、行车规章、安全规章制度的前提，是实现整个地铁工程人一机可靠互控、人一人协调配合的最重要阶段，同时也是地铁工程由建设验收向运营移交的过渡阶段，可以说所有参与建设、运营的业主，设计、咨询、监理、承包商等单位都担负着各自不同的工作任务。因此，运营演练是名副其实的集团化作业，演练的决策层、指挥层、操作层、协助层必须实行强有力的组织管理、周到慎密的实施计划、动态闭环的现场控制，主要项目应包括:①运营时刻表演练(兼做信号144 h试验);②降级模式下的运营模式演练;③列车在区间的故障救援演练;④票务运作演练;⑤列车火灾紧急救援疏散演练;⑥车站火灾紧急疏散演练;⑦车站大客流演练。 4结语 通过分析，实施由业主主持、多方参与的机电设备系统联调及运营演练，既是地铁交通工程建设的客观要求，又是实现由建设向运营顺利过渡的必然过程，同时也是提高地铁工程建设水平、运营服务水平的社会需求，应得到业界足够的重视。 参考文献 [1]彭北华.城市轨道交通系统总联调技术难点分析与探讨 [M]北京:中国铁道出版社,2002. [2]张振森.城市轨道交通运输[M].北京:中国铁道出版社，2002. [3]王勇.深圳地铁一期工程电力监控系统方案简介[J].地铁与轻轨,2002 [4]郭文军，施仲衡，曾学贵，等.数字地铁系统总体框架研究[J].地铁与轻轨，2002 [5]丁赵成光.城市轨道智能交通系统框架研究[J].都市快轨交通，2004,17(6) 并不是很准确，仅供参考。 希望对您有帮助补充：提供一些作为参考吧：国内城市轨道交通(除香港外) 发展比较缓慢，除了地铁以外，几乎没有城区和近郊的地面轨道交通。而地铁交通，目前也只有北京、天津、上海和广州等城市开通运营。 供电制式 以北京和天津为代表的北方地区采用DC 750 V 供电电压制式，允许电压波动范围为DC 500 V～DC 900 V，第三轨受流；以上海和广州为代表的南方地区采用DC 1 500 V 供电电压制式，允许电压波动范围为DC 1 000 V～DC 1 800 V，架空接触网受电弓受流。 上述两种供电电压制式都是国际电工委员会推荐的，都能满足城市轨道交通供电的要求。但是，从减少城市轨道交通牵引供电系统的电能损失和电压降，延长供电距离以降低牵引变电站的数量及投资，以及从降低受流接触网的悬挂重量、降低结构复杂性及投资而言，采用DC 1 500 V 的牵引供电电压制式比采用DC 750 V 的牵引供电电压制式显然要经济得多。高耐压电力电子变流器件的不断发展，如4 500 V 的GTO 、3 300 V 的IGBT 等，为采用DC 1 500 V 供电的城市轨道交通牵引传动系统提供了可靠的技术保障。因此，今后我国的城市轨道交通牵引传动系统的供电电压制式的发展趋势应该是逐步采用统一的DC 1 500 V。

电气化铁道电能质量综合控制研究摘 要:作为典型的非平衡负载,电气化铁道的牵引负载给公共电网带来的谐波、负序和无功等电能质量问题不容忽视。静止无功补偿装置(SVC)是一种减小甚至消除无功、谐波以及其他电能质量问题的有效方法。以静止无功补偿器(SVC)为基础,对电气化铁道的电能质量问题的综合控制进行研究。关键词:电气化铁道;电网;电能质量;综合控制1 前言中国的电气化铁道总里程已经突破2·4万公里,跃居世界第二。电气化铁道具有运载能力强、行车速度快、节约能源、对环境污染小等优点,在现代国民经济发展中起着举足轻重的作用。但是,由于电气化铁道牵引负载所具有的随即波动性和不对称性,其给公共电网带来的诸如负序电流、谐波以及无功功率等电能质量问题也引起了极大的关注。研究如何利用有效手段治理电气化铁道牵引负载所带来的一系列电能质量问题,确保电网中其他电力设备的安全经济运行具有重大意义。2 电气化铁道牵引供电系统2·1 概述我国的动力供电电网电压一般为110kV或者220kV,通过牵引变压器转换为27·5kV作为牵引动力机车的供电。现在普遍流行的牵引变压器种类主要有单相牵引变压器、Y-D11牵引变压器、阻抗匹配牵引变压器、Scott变压器等。我国电气化铁道采用工频交流50Hz三相供电单相用电,其负荷牵引电力机车的功率大,速度、负载状况变化频繁,且具有不对称的特性,导致牵引电网具有功率因数低、谐波含量高、负序电流大等特点,不但自身损耗大,而且对公共电网及铁路沿线的其他电力设备也带来严重危害,必须采取有效措施加以治理[1]。2·2 单相变压器牵引供电网采用单相牵引变压器的牵引供电系统拓扑结构如图1所示[2]。单相接线牵引网采用单相变压器供电,供电方式又分为单相接线方式和V-V接线方式。单相接线牵引变压器的原边跨接于三相电力系统中的两相;副边一端与牵引侧母线连接,另一端与轨道及接地网连接。牵引变压器的容量利用率高,但其在电力系统中单相牵引负荷产生的负序电流较大,对接触网的供电不能实现双边供电。所以,这种结线只适用于电力系统容量较大,电力网比较发达,三相负荷用电能够可靠地由地方电网得到供应的场合。另外,单相牵引变压器要按全绝缘设计制造。而单相V-V接线将两台单相变压器以V的方式联于三相电力系统每一个牵引变电所都可以实现由三相系统的两相线电压供电。两变压器次边绕组,各取一端联至牵引变电所两相母线上。而它们的另一端则以联成公共端的方式接至钢轨引回的回流线。这时,两臂电压相位差60°接线,电流的不对称度有所减少。这种接线即通常所说的60°接线。2·3 三相Y-D11变压器牵引供电网采用三相Y-D11牵引变压器的牵引供电系统拓扑结构如图2所示[2]。三相Y-D11结线牵引变压器的高压侧通过引入线按规定次序接到110kV或220kV,三相电力系统的高压输电线上;变压器低压侧的一角c与轨道,接地网连接,变压器另两个角a和b分别接到27·5kV的a相和b相母线上。由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂供电,两臂电压的相位差为60°,也是60°接线。因此,在这两个相邻的接触网区段间采用了分相绝缘器。3 SVC静止型动态无功补偿装置3·1 SVC的发展静止型动态无功补偿装置SVC是一种先进的高压电网动态功率因数补偿装置。它通过提高功率因数来节约大量的电能,同时又起到减少电网谐波、稳定电压、改善电网质量(环境)的作用。20世纪70年代以来,以晶闸管控制的电抗器(TCR)、晶闸管投切的电容器(TSC)以及二者的混合装置(TCR+TSC)等主要形式组成的静止无功补偿器(SVC)得到快速发展。SVC可以看成是电纳值能调节的无功元件,它依靠电力电子器件开关来实现无功调节。SVC作为系统补偿时可以连续调节并与系统进行无功功率交换,同时还具有较快的响应速度,它能够维持端电压恒定3·2 SVC的工作原理及在电网中应用TCR+TSC型SVC的基本拓扑结构见图3。它由1台TCR、2台TSC以及2个无源滤波器组成,在实际系统中,TSC及无源滤波的组数可根据需要设置。TCR的工作原理是通过控制与相控电抗器连接的反并联晶闸管对的移相触发脉冲来改变电抗器等效电纳的大小,从而输出连续可变的无功功率。图3中两个晶闸管分别按照单相半波交流开关运行,通过改变控制角α可以改变电感中通过的电流。α的计量以电压过零点为基准,α在90°~180°之间可部分导通,导通角增大则电流基波分量减小,等价于用增大电抗器的电抗来减小基波无功功率。导通角在90°~180°之间连续调节时电流也从额定到0连续变化,TCR提供的补偿电流中含有谐波分量[3]。TSC的工作原理是根据负载感性无功功率的变化通过反并联晶闸管对来切除或者投入电容器。这里,晶闸管只是作为投切开关,而不像TCR中的晶闸管起相控作用。在实际系统中,每个电容器组都要串联一个阻尼电抗器,以降低非正常运行状态下产生的对晶闸管的冲击电流值,同时避免与系统产生谐振。用晶闸管投切电容器组时,通常选取系统电压峰值时或者过零点时作为投切动作的必要条件。由于TSC中的电容器只是在两个极端的电流值之间切换,因此它不会产生谐波,但它对无功功率的补偿是阶跃的。TCR和TSC组合后的运行原理为:当系统电压低于设定的运行电压时,根据需要补偿的无功量投入适当组数的电容器组,并略有一点正偏差(过补偿),此时再利用TCR调节输出的感性无功功率来抵消这部分过补偿容性无功;当系统电压高于设定电压时,则切除所有电容器组,只留有TCR运行。4 电网电能质量综合控制与治理4·1 谐波抑止与无功补偿利用SVC动态无功补偿装置对牵引供电系统的谐波和无功进行综合治理的关键是SVC最大无功补偿量的确定和滤波器支路的设计[3]。SVC最大无功补偿量Qsvc应该和设计线路牵引负荷的大小相适应,应该按电气化铁道牵引负荷的最大有功需求以及补偿后对装设地点功率因数或在最大无功冲击时的最大电压损耗的要求来确定,具体可以按照式(1)、(2)来计算。QSVC=(tanφ1-tanφ2)Pmax(1)式中,φ1、φ2分别为补偿前后110kV电源测功率因数角;Pmax为电铁负荷最大有功需求。QSVC=Qfmax-ΔU%Xs(2)式中,Qfmax为装设地点最大无功冲击;ΔU%为装设地点最大电压损耗要求;Xs为系统阻抗。要想达到理想的谐波抑止效果,必须综合考虑FC滤波支路的设计,既要保证装置的安全运行,又要达到预计的理想效果。在实际设计中,首先需要根据供电臂中所含的谐波分量来确定FC滤波支路的组成。由于在电力牵引负荷的谐波中, 3、5、7次谐波占了很大的比重,所以FC滤波支路一般由3、5、7次单调谐滤波器构成。当最大无功补偿容量和滤波支路的组成确定后,如何将需补无功容量合理分配到各滤波支路中,这是非常重要的问题。如果各滤波支路的容量分配不合理,一方面会使设备安装总容量偏大,另一方面有可能因为某此滤波回路补偿功率偏小而发生过负荷,对设备安全运行造成影响。一些著名的电气公司采用的一些算法如下[6]:如西门子公司的无功功率补偿按式(3)分配Qc(h)=QSVCIh/h∑Ih/h(3)式中,Qc(h)是第h次滤波支路分配的补偿容量;Ih为供电臂第h次谐波电流。BBC电气公司按照式(4)分配无功功率Qc(h)=QSVC∑Ih(4)AEG电气公司则按照式(5)分配无功Qc(3)∶Qc(5)∶Qc(11)∶Qc(13)=2∶2∶1∶1 (5)式中,Qc(3)、Qc(5)、Qc(11)、Qc(13)分别为第3、5、11、13次滤波支路分配的补偿容量。4·2 负序电流补偿牵引电力机车产生的大量负序电流给电网中其他的电力设备的安全、经济运行带来极大影响。SVC静止动态无功补偿装置在补偿负序和末端电压上有着相当高的效率。工程应用上可以选择在电网系统和负荷上都安装SVC[5]。在电网系统端安装应用SVC来补偿负序电流的原则是参照斯坦梅茨法则(Steinmetz′s laws)。不管采用哪一种牵引变压器,负序补偿的实现分为如下两步:(1)电力因数修正。通过安装电容器件,使得每相负荷都为电阻性。(2)参照斯坦梅茨法则(Steinmetz′s laws),AB相的电阻性负荷G,与BC相的电容性负荷G/ 3以及CA相的电感性负荷G/ 3互相对称。电流环路图和相位图分别如图4、5所示:从图5可以明显看到线电流I·A,I·B,I·C是对称且正序的,BC相和CA相之间的阻抗负载也可以做到类似的对称,因此系统中的所有负序电流都可以被补偿而消除。现在问题的关键是如何随着牵引负荷的起伏动态地控制补偿需要的电容和电感器组。急于数字信号处理器(DSP)的固定电容(FC)和晶闸管控制的电抗器(TCR)的组合得以广泛应用,如图6所示。得益于DSP对数据信息的快速处理,补偿所需的电容和电感参数可以被快速、精确计算得到。5 结论与展望本文提出的基于静止动态无功补偿装置(SVC)的电气化铁道牵引电网电能质量综合控制与治理原理与方案具有重要的工程意义。电气化铁道的电能质量是一个突出且严峻的课题与难题,要求我们不断探求新的综合补偿方法,来综合控制与治理影响电能质量的无功、谐波、负序等因素,以提高电网电能质量,确保电网安全、经济运行。参考文献[1] 李群湛.电气化铁道并联综合补偿及其应用[M].北京:中国铁道出版社, 1993.[2] TB/10009-2005铁路电力牵引供电设计规范[S].[3] 王兆安.谐波抑止和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,1999.[4] 铁道部电气化工程局电气化勘测设计院.电气化铁道设计手册牵引供电系统[M].北京:中国铁道出版社, 1988.[5] 安鹏,张雷,刘玉田.电气化铁道对电力系统安全运行的影响及对策[J].山东电力技术, 2005, (4): 16-19.[6] 马千里.动态无功补偿装置在牵引变电所的应用[J].电气化铁道, 2008(4).