浅谈城市轨道交通用电性质选择及SVG无功补偿的经济性
【摘 要】城市轨道交通用电性质的选择直接关系到电费的支出，电费在运营成本中所占比重约为30%，合理的选择适合的用电性质和使用SVG补偿装置，可以有效的节约电费、减少，降低运营成本的支出，为企业的持续、健康发展提供动力。本文以西安地铁为例，介绍和分析了城市轨道交通供电系统用电性质的选择、电价和采用SVG补偿装置使用的经济性等方面相关问题。
【关键词】地铁；用电性质；SVG；经济性
一、城市轨道交通用电性质的选择
按照国家电网及各省对电网电力价格的规定，可将城市轨道交通用电划分至大工业用电与一般工商业用电的性质。西安地铁二号供电系统采用110kV/35kV两级电压集中供电方式，全线在行政中心、会展中心设2座主变电所，每个变电所变压器容量为2*31500（即63000kVA），外部电源为以电力电缆线路为主，下面以西安地铁二号线为例分析城市轨道交通用电性质选择的经济性。
（一）大工业与一般工商业用电电费的构成
1、大工业用电
（1）电费构成
大工业电价包括基本电费、电度电费和力率调整电费三部分。电度电费是指按用户用电度数计算的电费，基本电费是指按用户用电容量计算的电费，力率调整电费是根据用户力率水平的高低减收或增收的电费。
（2）基本电费的计算
基本电费可按变压器容量计算，也可按最大需量计算。具体对哪类用户选择哪种计算办法根据情况确定。
（3）功率因数调整电费，按”功率因数调整电费办法”或与供电部门约定的考核标准进行计算。
2、一般工商业用电
一般工商业电费包括电度电费和功率因数调整电费两部分。电度电费是指按用户用电度数计算的电费，力率调整电费是根据用户力率水平的高低减收或增收的电费。
（二）西安地铁大工业、一般工商业用电性质下的电费测算
1、大工业用电电费
基本电费：基于变压器容量的利用率考虑，选择按照最大需量计算，按照容量总和的40%核定最大需量。
电度电费：采用陕西电网大工业110kV的分时电价（峰段：0.7598元/千瓦时、平段：0.4819元/千瓦时、谷段：0.2040元/千瓦时）计算，分时电量分配为：平段电量占总电量的35%，峰段占总电量的35%，谷段占总电量的30%。
功率因数调整电费：根据带电后的实际功率因数进行计算，实际功率因数为0.2～0.3之间，以考核标准为0.9，功率因数平均值为0.25计算。
（1） 在两个主变电站带电、未投入SVG补偿装置进行设备联调阶段，若每月总用电量约150万度，两个主变电所每月的电费约为：440.46万元。详见表1
（2）在两个主变电站带电、投入SVG补偿装置运营初始阶段，若每月总用电量约600万度，功率因数补偿至0.9，两个主变电所每月的电费约为：453.72万元。详见表2
2、一般工商业用电电费
电度电费：采用陕西电网一般工商业用电110kV的分时电价（峰段：1.13元/千瓦时、平段：0.7669元/千瓦时、谷段：0.4039元/千瓦时）计算，分时电量分配为：平段电量占总电量的35%，峰段占总电量的35%，谷段占总电量的30%。
功率因数调整电费：根据带电后的实际功率因数进行计算，实际功率因数为0.2——0.3之间，以考核标准为0.85，功率因数平均值为0.25计算。
（1）两个主变电站带电、未投入SVG补偿装置进行设备联调阶段，若每月总用电量约150万度，两个主变电所每月的电费约为：213.15万元。详见表3
（2）两个主变电站带电、投入SVG补偿装置运营初始阶段，若每月总用电量约600万度，功率因数补偿至0.85，两个主变电所每月的电费约为：471.05万元。详见表4
（三）大工业与一般工商业用电经济性比较和选择建议
1、在两个主变电站带电且未加SVG补偿装置进行设备联调阶段，若每月总用电量约150万度，大工业比一般工商业用电每月多支出227.31万元。
2、在两个主变电站带电且加设SVG补偿装置运营初始阶段，若每月总用电量约600万度，功率因数补偿至考核标准，大工业比一般工商业用电每月少支出17.33万元。
综合分析以上数据，从地铁的电通到设备联调阶段的一年左右时间内，用电量小，使用一般工商业用电性质较为经济；在运营后随着密度和运量的增加，采用集中供电、长约20余公里的线路，月度用电量均会在600万度以上，因此大工业用电较为经济。
因此建议，投资方（建设方）应该尽早就用电性质，与政府和供电部门协商，争取联调阶段采用一般工商业用电，这可以大幅度减少建设至运营过渡期这段时间内资金的投入。在正式运营后，用电负荷大幅度上升，从降低运营成本出发，争取采用大工业用电，这有利于节约资金、保证城市轨道交通建设的持续健康发展。
二、SVG补偿装置使用的经济性
（一）SVG的概述及功能、作用
动态补偿装置SVG是一种基于大功率IGBT的动态无功补偿装置，通过调节其输出电压幅值与系统电压幅值的关系来确定输出功率的性质。当其幅值大于系统侧电压幅值时输出容性无功，小于时输出感性无功。
西安地铁二号线采用的是辽宁荣信的多重化svg实例SVG无功补偿装置。两主所各分别安装两台+2.4MVAR的SVG无功补偿装置。
（二）SVG补偿装置使用的实际经济性
通过上面4个表的理论计算，显然，无论何种用电性质，SVG的使用都可以减少功率因数调整电费。
西安地铁采用一般工商业用电，结合二号线两座主变电站的2年多来运行实例，以0.85为标准值的功率因数调整电费，来计算和分析SVG带来的经济性。
1、2010年12月全线带电后至2011年4月份，SVG还未投运，二号线处于列车调试期，还未接管和联调，时刻表演练还未开始，上线列车少，用电负荷小，功率因数在0.16-0.35之间，每月在131万—48万之间。
2、2011年5月至2011年8月，SVG已经投运，运营全面接管车站开始综合联调，上线列车逐步增加，并开始运营时刻表演练，用电负荷不断增加，功率因数在0.54-0.84之间，每月在42万—16万之间，功率因数逐步提高，减少。
其中：2010.12月-2011.08月，无功共计540余万。
3、2011年9月开通运营至今，SVG均在投运，供电功率因数在0.85-1.00之间，功率因数明显得到提高，每月奖励在1万元左右。
4、在正式运营后的夜间非运营时段，供电设备负荷率很低，投入SVG可以使功率因数提高15%左右；在用电高峰时段，供电设备负荷率较高，功率因数相对较高，投入SVG也能使功率因数提高5%左右。
（三）SVG补偿装置目前存在的问题
SVG内部大功率器件密集，散热和防尘是比较突出的矛盾，由此而导致的超温报警和板件损坏已有发生，设备的维护保养（尤其是脱保后）压力很大。
三、结束语
总之，不论是用电性质的选择，还是SVG装置的选用，全国各个城市都有自己的特点和差异，但大家的出发点是相同的，即最大限度的节省运营成本，本文依托工程、运营实例，通过对西安地铁二号线用电性质和SVG装置的经济性分析，总结适合城市地铁建设、运营和发展过程中的用电性质和经济性的选择，为需要者提供了参考和借鉴。
参考文献：
[1]西安地铁二号线行政中心、会展中心地铁主变电站供用电合同.
[2]西安地铁二号线主变电所电费清单.
[3]陕西电网峰谷分时销售电价及力率电费调整表.
[4]SVG相关的交流资料.
[5]王兆安.《电力电子技术》.