鐵路電力供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償研究

1、    鐵路電力供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償研究    朱兵【摘 要】研究鐵路電力供電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償，可以有效的將鐵路補(bǔ)償容量選擇不合理、設(shè)備選型不穩(wěn)定的現(xiàn)象進(jìn)行徹底解決，同時(shí)降低鐵路供電線路的損耗，確保鐵路供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過對(duì)電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置及無功補(bǔ)償計(jì)算方式的研究，結(jié)合實(shí)際供電情況，對(duì)鐵路電力供電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償進(jìn)行深入研究。【關(guān)鍵詞】鐵路電力;供電;無功補(bǔ)償;研究1、無功補(bǔ)償?shù)呐渲迷瓌t為了最大限度地減少無功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無功補(bǔ)償設(shè)備的配置，一般放在變配電所中，主要采取高壓電容補(bǔ)償?shù)霓k法。這一配置可以同時(shí)完成兩種功能，一是針對(duì)地方電

2、業(yè)局對(duì)指標(biāo)參數(shù)的考核看，完成了國(guó)家對(duì)功率因數(shù)不得低于90%的技術(shù)要求，達(dá)到了國(guó)家電力部門對(duì)功率因數(shù)的考核要求。二是單從經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的考核看，也達(dá)到了上級(jí)考核的要求。因此，多年來在變配電所中以高壓電容器來對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)中的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償一直做為鐵路電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)闹饕绞剑谟脩舳说蛪喊惭b無功補(bǔ)償?shù)膭t極為少見。2、無功功率的產(chǎn)生源頭從鐵路電力網(wǎng)無功功率消耗的基本狀況可以看出，鐵路電力網(wǎng)絡(luò)主要為10kv及以下的配電網(wǎng)絡(luò)，其無功損耗主要來源于兩個(gè)方面，一是網(wǎng)絡(luò)損耗，主要是高低壓網(wǎng)絡(luò)中的損耗，主要是變電所的主變和配電變壓器。二是各低壓電力用戶，較大的主要是機(jī)務(wù)段、車輛段以及各部、局屬工廠的動(dòng)力設(shè)備，其次

3、還有房產(chǎn)段采暖動(dòng)力設(shè)備和給水設(shè)備。但與高低壓配電網(wǎng)絡(luò)的無功損耗相比，各大高低壓用戶所占比重要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大得多。這里就產(chǎn)生了一個(gè)問題：在鐵路供電網(wǎng)絡(luò)中，大量的在用戶低壓終端產(chǎn)生的無功負(fù)荷，確要通過幾乎整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的輸送，而是在網(wǎng)絡(luò)的首端變配電所中去補(bǔ)償。那么在這一個(gè)不合理的路徑循環(huán)中，就產(chǎn)生了大量的不必要的損耗。必須采取電力部門補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合。3、普速鐵路電力供電系統(tǒng)補(bǔ)償研究3.1補(bǔ)償方案我國(guó)普速鐵路電力系統(tǒng)的特點(diǎn)是電力線路大部分是以架空線路為主，負(fù)荷種類比較固定，沖擊性負(fù)荷較少，負(fù)荷變化率較小。普速鐵路電力系統(tǒng)既有補(bǔ)償方案根據(jù)電力線路的架空和電纜敷設(shè)方式，采用傳統(tǒng)并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器補(bǔ)償。由于我

4、國(guó)幅員遼闊，鐵路線路較長(zhǎng)，其中普速鐵路占據(jù)較大的比例。本著合理經(jīng)濟(jì)的原則，根據(jù)各種補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償特點(diǎn)，選擇用傳統(tǒng)式的并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器補(bǔ)償設(shè)備從經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性都是合理的。但目前補(bǔ)償容量的選擇缺乏理論計(jì)算，經(jīng)濟(jì)合理性下降。普速鐵路最需解決的問題是補(bǔ)償容量的計(jì)算。3.2并聯(lián)電容器補(bǔ)償方案3.2.1補(bǔ)償方式及補(bǔ)償?shù)攸c(diǎn)并聯(lián)電容器可以安裝在全系統(tǒng)的各個(gè)點(diǎn)上，目前根據(jù)安裝位置的不同可以分為就地補(bǔ)償、集中補(bǔ)償、混合補(bǔ)償?shù)榷喾N方式。普速鐵路電力系統(tǒng)中車站負(fù)荷較為分散，負(fù)荷功率較小，沖擊性負(fù)荷較少，不適宜采用就地補(bǔ)償，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)設(shè)置集中補(bǔ)償。有10kv配電所的車站，在配電所的站饋母線段設(shè)置高壓并聯(lián)電容器

5、，既能保證站饋供電線路的補(bǔ)償，又能滿足區(qū)間供電線路的補(bǔ)償要求。在車站變電所及箱式變電站低壓母線側(cè)設(shè)置低壓并聯(lián)電容器集中補(bǔ)償，滿足低壓負(fù)荷的補(bǔ)償要求。在車輛段等特殊工藝場(chǎng)合，由于沖擊性負(fù)荷較多，根據(jù)工藝設(shè)備功率因數(shù)要求，可采用混合補(bǔ)償方式。3.2.2投切方式并聯(lián)電容器的投切方式主要有2種：人工投切和自動(dòng)投切。鐵路電力系統(tǒng)高壓負(fù)荷的變化率不是很大，并且沖擊性負(fù)荷較少，高壓電容器集中補(bǔ)償宜采用分組人工投切的方式，便于維護(hù)并且經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)比較明顯。低壓負(fù)荷有一定的變化率，并且低壓無功功率因數(shù)補(bǔ)償裝置技術(shù)成熟，性價(jià)比較高，低壓電容器集中補(bǔ)償宜采用利用動(dòng)態(tài)功率因數(shù)調(diào)整裝置自動(dòng)投切的方式。3.3并聯(lián)電抗器補(bǔ)償方

6、案我國(guó)普速鐵路電力系統(tǒng)貫通線大部分為架空敷設(shè)，但在架空敷設(shè)困難地段，比如林區(qū)、山區(qū)等地區(qū)，要采取電纜敷設(shè)方式。由于電纜對(duì)地電容電流較大，電力線路呈容性特點(diǎn)，需要對(duì)容性無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，常用并聯(lián)電抗器進(jìn)行補(bǔ)償。鑒于我國(guó)鐵路電力供電系統(tǒng)多為10kv和35kv中壓網(wǎng)絡(luò)，并且貫通線由鐵路配電所直接饋出，大量電纜敷設(shè)均在貫通線段中，所以宜將并聯(lián)電抗器補(bǔ)償在電力貫通線側(cè)，在區(qū)間分散補(bǔ)償。主要形式為戶外桿架式和箱式變電站式，如選用戶外桿架式，運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，宜選用油浸鐵心式并聯(lián)電抗器。如選用箱式變電站內(nèi)，由于在箱變內(nèi)安裝，并且工廠預(yù)制安裝整體運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，宜選用質(zhì)量小、不漏油的干式電抗器。4、鐵路電力供電系統(tǒng)

7、補(bǔ)償研究4.1靜止無功功率補(bǔ)償器（svc）靜止無功功率補(bǔ)償器主要有晶閘管控制電抗器（tcr）、晶閘管投切電容器（tsc）、晶閘管投切電抗器（tsr）和飽和電抗器（mcr、sr）等。（1）晶閘管控制電抗器（tcr）。svc連續(xù)調(diào)節(jié)無功輸出是依靠調(diào)節(jié)tcr中晶閘管的觸發(fā)延遲角得以實(shí)現(xiàn)的，通過晶閘管控制角的改變，電抗器中流經(jīng)的電流波形產(chǎn)生變化造成基波分量產(chǎn)生變化，電抗器的感抗發(fā)生了改變，tcr變成連續(xù)可調(diào)節(jié)的電感器。tcr并聯(lián)上電容器后，使得總的無功功率為tcr與并聯(lián)電容器無功功率抵消后的凈無功功率，因而可以將固定電容器的tcr+fc型靜止無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)的總體無功電流偏置的補(bǔ)償范圍從感性范圍延伸到

8、容性范圍內(nèi)，它既可以吸收感性，也可以吸收容性無功功率。（2）晶閘管投切電容器（tsc）。tsc利用單向晶閘管反并聯(lián)或雙向晶閘管構(gòu)成的交流無觸點(diǎn)開關(guān)將單組或多組電容器投入到電網(wǎng)上或從電網(wǎng)切除。晶閘管投切電容器可以精確控制，實(shí)時(shí)根據(jù)用戶負(fù)荷的變化，將所需的電容器容量投切至電網(wǎng)中，保證系統(tǒng)中的功率因數(shù)要求，真正實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。若輸出無功功率需要連續(xù)調(diào)節(jié)，或者要求能提供感性無功功率的情況下，可采用晶閘管投切電容器與晶閘管控制電抗器配合使用的方法。（3）飽和電抗器。飽和電抗器主要有可控飽和電抗器（mcr）與自飽和電抗器（sr）。mcr的飽和程度通過改變裝置繞組工作電流加以控制鐵心，繞組的感抗得到改變，

9、無功電流大小進(jìn)行控制。自飽和電抗器穩(wěn)定電壓是通過電抗器自身的能力，發(fā)出和吸收無功是通過鐵心的飽和特性來控制。磁飽和電抗器組成的靜止無功功率補(bǔ)償裝置屬于第一代svc。以快速響應(yīng)的磁飽和式可控電抗器和并聯(lián)電容器組成的補(bǔ)償元件，配以相應(yīng)的快速無功功率檢測(cè)環(huán)節(jié)組成的無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)，可以保證補(bǔ)償?shù)目焖傩?、?zhǔn)確性和合理性，能夠快速補(bǔ)償系統(tǒng)無功功率，使功率因數(shù)保持較高水平。4.2svg靜止無功發(fā)生器svg靜止無功發(fā)生器是將電壓型自換相橋式電路通過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，當(dāng)只考慮基波頻率時(shí)，svg動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置可等效視為幅值和相位均可控的一個(gè)與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源，適當(dāng)調(diào)節(jié)交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，當(dāng)其幅

10、值大于系統(tǒng)側(cè)電壓幅值時(shí)輸出容性無功，小于時(shí)輸出感性無功。靜止無功發(fā)生器中最核心的器件是變頻器，如果變頻器的脈寬恒定，通過改變系統(tǒng)電壓與變頻器輸出電壓間夾角，變頻器dc側(cè)的電容電壓可以得到調(diào)節(jié)，使逆變器產(chǎn)生滿足要求的無功補(bǔ)償電流，使svg發(fā)出或者吸收無功功率。svg靜止無功發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間快、運(yùn)行范圍寬，既可補(bǔ)充感性負(fù)荷，也可以補(bǔ)償容性負(fù)荷，高次諧波含量低，占地面積小，安全性高。缺點(diǎn)是控制復(fù)雜，成本高。5、結(jié)論目前，在鐵路供電管理中，并沒有對(duì)無功補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行有效的調(diào)整，現(xiàn)在所采用的基本上是以變配電所的高壓集中補(bǔ)償為主。而低壓終端用戶所需的大量無功負(fù)荷卻由變配電所通過高壓干線經(jīng)變壓器再經(jīng)低壓線路來提供。從而在無端產(chǎn)生了大量損耗的同時(shí)，對(duì)加大了線路電壓降，影響了網(wǎng)