电气化铁路220kV牵引变电所无功补偿

摘 要：能否实现铁路的电气化是铁路现代化的重要标志，也是实现高速铁路的重要途径。电气化铁路实现过程中的关键是牵引网络的电能质量问题，它是国内外关注的重点。改善电能质量，无功补偿则势在必行，所以，研究电气化铁路牵引变电所无功补偿方案十分必要。

关键词：电气化铁路 电能质量 无功补偿

中图分类号：TM922 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）010-022-02

我国的电气化铁路发展迅猛，已经进入了高速电气化时代，自1961年宝成铁路——我国第一条电气化铁路建成后，随着国家西南建设的加快，先后于1973年建成阳安线、1975年9襄渝线。随后石太线、宝兰线相继动工修建。到1990年底，共交付运营电气化铁路2795.76km。21世纪初，我国电气化铁路以超过日本，位居亚洲第一。截止2012年12月，哈大高铁的正式运营，标志着中国电气化铁路跃居世界第一，我国电气化铁路以其高速、重负荷、节约初级能源的优点广泛的服务于铁路运输。

1 电气化铁路牵引供电系统

无功补偿有很多种方式，国内目前在电气化铁路上采用的较为成熟的无功补偿装置主要有固定电容补偿，机械可投切的电容补偿（MSC），晶闸管相控电抗器（TCR）+固定滤波器补偿，磁阀式可控电抗器补偿（MVCR）+固定滤波器补偿四种。这四种方式均是为了提高电气化铁路供电系统的功率因数。他们分别具有以下的优点和缺陷。

牵引供电系统是电气化铁路的重要组成之一，是电气化铁路的动脉。其系统通常沿铁道线路分布。功能为将电力系统电源转变为适合电力机车使用的电压等级。电力机车将电能转化非牵引动能。它包含牵引变电所、牵引网及其它辅助供电设施 （如图l）。当前的牵引电动机多为交直型电力机车，在架空接触网与钢轨之间行驶。

谐波是电力系统常见的问题，是一种电磁环境的污染。对系统的正常运行有着严重的危害。电气化铁道的谐波问题涉及机车，牵引变电所等。电气化铁道的谐波不仅取决于电气机车，而且也取决于牵引变电所的类型、接法和接入供电系统的电压等级。

电气化铁路复合的特殊性决定了牵引供电系统具有不同于一般三相电力系统的特征。电力系统的谐波电流是三相不平衡谐波。因为系统的牵引变电所的的拓扑结构是三相不对称的，谐波经过变电站产生的为三相不平衡谐波。电气化铁路的牵引机车的功能使用方式决定了大功率单相整流负荷的特性，正式这种特性间接地决定了牵引所的拓扑结构，所以将不可避免的产生负序电流。三相不平衡主要类型有单相接线、V/v接线、Y/v一11接线和三相一两相平衡接线。不同的接线方式影响不平衡的程度。但这几种接线方式可以合牵引供电系统高电压、大电流的用电要求，也可以减轻牵引供电系统对电力系统的不对称影响。

2 220kv牵引供电所无功补偿方案

牵引供电系统的作用是向电力机车受电，为其提供电能，因此系统的电能质量如何改善，提升是研究的重点。提高牵引变电所功率因数是其中有效的改善措施之一。功率因数的改变可以影响系统的损耗，进而改善系统电能质量。我国的电力机车的传动系统通常是单相交直流系统，其负荷具有随机波动大、非线性等特征。而电力机车作为电气化牵引变电所的受电对象，将易牵引供电系统导致功率因数低、谐波分量大等缺点。而谐波电流会对电力系统造成污染。因此，无功补偿势在必行。

对电力系统进行无功补偿是为了能将系统中电压控制点的电压维持在指定的水平上。电力系统的频率和有功功率的平衡密切相关，而电力系统的电压水平则与无功功率的平衡密切相关。所以控制电压则要进行无功功率的平衡，对电力系统的无功功率做到平衡的同时，还要考虑传输中造成的电能损失，电网的经济性等方面。于是，为减少损失，提出就地无功功率平衡——在变电所中设置无功补偿装置。它是实现无功功率的就地平衡和保证电压质量的重要手段。所以，变电所的设计中无功补偿装置的配置是需要重点考虑的方面。

电网对电气化铁路的供电能力和供电质量，以及电铁对电网的电能质量影响，是一直困扰电铁和电力和谐发展的主要问题。但由于电铁负荷的特殊性和我国电网目前相对还比较薄弱，在客观上要解决好电力和电铁的供用电问题，还存在一定的困难。

目前给牵引变电所供电的110kV电源，系统短路容量大都低于1000MVA，相当数量在500MVA以下，有的甚至只有200、300MVA，系统压降很大，难以适应铁路供电需要。同时，电铁对电网电能质量的影响也相对更加突出，呈现双输的局面。要解决好电力和电铁的供用电问题，需要我们立足现实，从客观实际出发，共同合理研究综合解决办法。

目前大部分牵引变电所均采用固定并联电容补偿。当负荷呈容性时，仍将容性无功视为感性无功而计入。电气化铁道产生无功负荷的有机车（QTR），变压器（QT）及固定电容补偿装置（QC）。

由上式可见，在无功表反转正计时，一般情况下，变电所一次侧的功率因数先随Qc的增加而增加，在达到一个峰值后，随Qc的增加而下降。

除此之外还有晶闸管控制电抗器 TCR 并联固定滤波器FC补偿方案可以在实际应用中采用。补偿方案晶闸管控制电抗器部分TCR和单调谐滤波器部分FC两部分组成。这种补偿装置的优点是响应速度快，可以实时动态对牵引负荷进行补偿；可以消除牵引负荷特定次谐波。其缺点是资金投入较大。但经过恰当的设计，其所具有的优势还是很明显的。

3 结语

在全球经济转向低碳模式的大背景下，发展低碳交通成为大势所趋，电气化铁路以其节能，低污染的特征，在我国交通运输中占据核心地位。但电气化铁路也是一种典型的大功率、高谐波的三相不平衡负载，给电力系统造成污染，影响电力系统的稳定运行。因此，在满足电气化铁路建设的同时，确保电网安全经济运行，是双方的共同责任，对于无功补偿方案的研究显得至关重要，本文对补偿方法的计算公式进行详细的论述。

参考文献：

[1] 谭秀炳.交流电气化铁道牵引供电系统[M].四川：西南交通大学出版社，2009.

[2] 刘中元.牵引变电站综合补偿方案的研究[D].郑州大学，2004.

[3] 赵成勇.基于电铁牵引变电站的单相混合型谐波补偿系统研究[D].华北电力大学，2001.

[4] 朱帅，张潮，徐彬，等.我国电气化铁道无功补偿综述及一种新的改进方案[J].科协论坛（下半月），2007（04）.

[5] 邓云川.高速铁路牵引供电系统相关问题的分析与研究[D].西南交通大学，2005.

[6] 林秀海.电气化铁道供变电工程[M].北京：中国铁道出版社，1996.

推荐访问:电气化铁路 变电所 无功 牵引 补偿