高速铁路电力供电系统10kV长电缆线路补偿方式分析

摘 要：高速铁路电力供电系统10kV电力线路综合贯通线大多采用电缆线路，这种电缆线路电容值较大，导致沿线电压升高、功率因素降低，影响供电质量，需要进行无功补偿。文章介绍了各种无功补偿方案，分析各种方案的适用场所，得出了高速铁路电力供电系统10kV长电缆线路适合的无功补偿方式。

关键词：高速铁路；电力线路；无功补偿；SVG

高速铁路电力供电系统10kV电力线路综合贯通线大多采用电缆线路，这种电缆线路电容值较大，导致沿线电压升高、功率因素降低，影响供电质量，需要进行无功补偿[1]。由于电缆电容分布特征和系统运行状态的复杂性，补偿方案有集中补偿、分散补偿，固定补偿与动态补偿，也有综合应用方案。补偿参数也需要计算分析确定。

1 补偿方式

采用分散补偿方案时，电抗器沿线路分散设置，有利于提高线路上的电能质量，降低线路损耗，但维修、检查、巡视等工作量大，增加运营维护工作量和成本，不利于减员增效。采用集中补偿方案时，补偿设备集中在配电所设置，设备数量减少，检修维护和巡视等工作都在配电所进行，能够减少运营维护难度和工作量。

铁路区间负荷较小，电缆容性负荷所占比例较大。并且不同时间不同运行方式负荷电流变化较大，线路容性电流会随着负荷变化而变化。采用固定补偿或者电抗器分组投切，难以有效跟踪系统参数的变化，补偿效果不理想[2]。采用过补偿方式，负荷增加进一步增加感性补偿效果，需要较大的设备安装容量。如果欠补偿，一条贯通线停电，另一条贯通线的负荷急剧增加，补偿效果会迅速由容性无功变为感性无功，仍然会出现较低的功率因素，还会发生谐振的问题。所以，一般采用固定补偿和动态补偿相结合，实现精确补偿。

固定补偿采用电抗器实现，动态补偿有不同的技术形式。目前主要有SVG和SVC两类，两者的主要区别在于SVG是电流发生器，是有源装置，SVC是补偿器，是无源装置。

SVG即静止无功发生器，采用IGBT技术，有源补偿，具有影响速度快、可靠性高的优势，还可以跟踪补偿基波和各次谐波[3]。SVG将电压源型逆变器经过电抗器或变压器并联到电网上，通过调节逆变器交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制交流侧电流的幅值和相位，吸收或发出无功功率，实现快速调节无功的目的。有源补偿可以实现双向调节，既能补偿容性也能补偿感性电流，能适应各种电网运行方式和负荷状况，没有谐振可能，响应速度快。

SVC即静止无功补偿器，主要有TSC、TCR、MCR几种形式[4]。TSC采用晶闸管投切电容器，通过晶闸管串并联组成投切电容器组，实时监测，跟踪负载无功电流变化，分级投切，动态补偿。优点是装置相对简单，可靠性高，响应速度快，不产生谐波，缺点是只能发容性无功，有级差。TCR采用晶闸管控制电抗器，优点是可实现平滑调节，缺点是只能提供感性无功，需要与容性无功装置组合时才能双向调节。MCR是磁控电抗器，优点是可实现平滑调节，维护比较简单。缺点是响应速度慢，只能提供感性无功，需要与容性无功装置组合使用，才能实现双向调节。

2 动态补偿装置的设置位置和容量

分散设置方案中，动态补偿装置宜集中在线路两端，结合变电所设置。动态补偿装置可以接于变压器一次侧的母线，也可以接变压器二次侧贯通母线。由于电缆贯通线通常产生容性无功，除了专用的补偿装置外，贯通线上的负荷、变配电所的其他负荷以感性负荷为主，也能产生一定的补偿效果，这对补偿装置的出力会产生影响。而电源端的功率因数是最终考核指标，不能任意改变，这样分配到变压器一二次侧的无功功率就会随着负荷的变化而变化。

动补装置设置在变压器一次侧时，计算变压器容量所考虑的无功负荷只和区间负荷无功、线路无功、固定补偿度以及运行方式有关，而动态补偿装置设置在变压器二次侧时，还要考虑动补的影响。无功补偿有多种方案组合，方案组合的不同、采用动补装置类型的不同，都应采用针对性的方法确定补偿容量。一般在固定补偿+动态补偿的方案下，需要重点考虑固定补偿的补偿度。

3 SVG集中动态补偿装置的应用

高速铁路穿越山区，大量的用电点处于隧道内，保养维护困难，电抗器容易出故障，适合采用在配电所内装设集中SVG补偿装置。石太高速铁路就采用这一方式。在配电所调压后母线段，通过断路器接入SVG，成套配备相应的控制和保护装置，用以抵消无功电流，控制输出系统稳定性，提高线路传输容量，改善电能质量，调节功率因素在规定的范围内。补偿容量按最不利情况考虑，即相邻配电所停电，两侧的贯通线均由本所供电。

石太高铁设置四座配电所，全线采用了两种类型的SVG。安装在房屋内阳泉北配电所采用了链式SVG，其他各所为箱式配电所，采用变压器多重式SVG。链式SVG占地面积大，要求房屋有足够的空间安装，变压器多重式SVG占地相对较小，容易安装在箱式配电所内。

4 结束语

高速铁路电力供电系统10kV长电缆线路的补偿方式较多，应根据线路实际情况综合考虑。SVG有源补偿可以实现双向调节，既能补偿容性也能补偿感性电流，能适应各种电网运行方式和负荷状况，没有谐振可能，响应速度快，是无功补偿装置发展方向，高速铁路电力线路无功补偿装置可以首先考虑SVG补偿装置，在山区地带首选SVG集中动态补偿装置。

参考文献

[1]夏焰坤，李群湛，邹大云.一种基于有源滤波器的同相牵引供电系统方案[J].电网技术，2010，34（10）：132-134.

[2]李群湛.电气化铁路电能质量分析与控制[M].西南交通大学出版社，2011.

[3]杨中平，吴命利.轨道交通电气化概论[M].中国铁道出版社，2013.

[4]于坤山，周胜军，等.电气化铁路供电与电能质量[M].中国电力出版社，2011.

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