无功补偿调压在接触网调压中的应用.doc

1、1无功补偿调压在接触网调压中的应用摘要： 作为高速铁路列车电能主要来源的接触网，其输出电压是否符合要求是保证高速铁路正常运行的关键。由于电力机车在运行的过程中作为单相脉冲负荷，其线性差、波动性大，或产生较大的负序谐波，从而造成牵引供电系统接触网的功率因数降低，致使接触网无功功率过剩，引起接触网电压升高。因此，在接触网系统中需要采取无功补偿的方式，抵消接触网系统中的无功功率，保证接触网电压保持在符合电力机车运行要求的范围内，保证高速铁路的安全、可靠运行。无功补偿调压是一种有效的调节铁路接触网电压的方式，通过增加系统的感性无功功率对过剩的容性无功功率进行补偿，从而将系统的电压控制在允许的范围，保证

2、系统电压的稳定。本文首先简要分析接触网无功负荷特性，分析目前我国常用的接触网无功补偿方法及应用，再以动态无功补偿装置在实际现场的应用效果作为分析，以期为接触网无功补偿工作提供参考。 Abstract： Catenary is the main source of power for high-speed railway train， whose output voltage is the key to ensure the normal operation of the high-speed railway. It is necessary to take reactive compensat

3、ion to offset the reactive power in catenary system， to ensure catenary voltage maintain in accordance with the requirements of the electric locomotive 2running range， so as to guarantee the safe and stable operation of high speed railway. Reactive compensation voltage regulation is a kind of effect

4、ive way of railway catenary voltage adjustment， which can keep system voltage stable. This article first simply analyzes the reactive power load characteristic of catenary， analyzes the catenary reactive compensation method and application in China， and then analyzes the application effect of dynami

5、c reactive power compensation equipment， in order to provide reference for catenary reactive compensation work. 关键词： 无功补偿；调压技术；牵引供电系统；接触网 Key words： reactive power compensation；voltage regulating technology；traction power supply system；catenary 中图分类号：TD612 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）01-0128-03 0 引言

6、 接触网是电气化铁路的重要组成部分，为电力机车的运行提供电能，同时其作为连接电力机车的架空设备，工作环境较为恶劣，同时也是电气化铁路系统中的薄弱环节。现在我国运行的电力机车大多是运用晶闸管进行相控整流的交直型晶闸管相控机车，其在运行的过程中单相负荷脉冲大，容易引起接触网的功率大幅度的降低，同时由于其线性差对接触网造成谐波干扰，这些变化均会造成接触网电压发生变化，影响机3车的正常运行，因此需要采取合理、有效的功率补偿措施对接触网进行调压，实现接触网电压的稳定。 1 接触网无功负荷特性 通常牵引变电站接收供电网提供的 110kV 的交流电，经过变电站变压器的降压，使其成为 27.5kV 的交流电，

7、然后通过接触网为电力机车提供电能，牵引变电站、接触网、电力机车、钢轨就形成了一个系统的牵引供配电系统，如图 1 所示。 在电力机车正常运行过程中，接触网入口段的电压应该为电力机车正常运行的电压，而电力机车功率因数以及接触网、牵引变压器阻抗则是影响牵引供电系统无功功率的主要因素。当接触网和牵引变压器的阻抗带电运行时，牵引供电系统中的电流则通过牵引变压器的接触线产生无功功率和有功功率，从而导致电力机车运行点电压发生变化。设 U1 为接触网进线端电压，U21 和 U22 分别为不同负荷电流 I1，I2 时电力机车与接触网相接点的电压，以 U1 为参考方向，做向量图（如图 2）可知，在不同负荷电流影响

8、下，电力机车消耗的无功功率造成接触网电压发生较大的变化，致使接触网电压不稳定，影响电力机车的正常运行。 2 接触网无功补偿方法 无功功率是电气设备使用中常见的物理量，无功功率的存在是电气设备周围产生磁场的主要原因。同时，无功功率是电力系统的电压重要组成部分，为其提供有力的支撑，是造成电源与负荷之间电压降落的主要原因，决定着电力系统的电压高低，因此要对电力系统的电压进行调节就必须采取措施保证体统内部无功功率的平衡。 42.1 无功平衡与电压的关系 在一个完整的电力系统中，异步电动机是系统中主要的感性负载。通常情况下电力系统中的无功功率平衡时，电源的无功特性曲线会与负荷电压的无功特性曲线相交，形成

9、一个平衡的电压点，如果线路出现空载的现象，系统负荷电压无功功率下降，为了达到无功功率平衡，会形成一个新的无功功率平衡电压点，而此平衡点电压较前者低。线路空载造成系统的容性无功功率过剩，而系统内的感性无功功率较低，无法达到无功功率的平衡，因此只有将电压升高来达到无功功率的平衡。当系统中的无功补偿装置配备充足的话，线路空载时会使系统的电源无功功率曲线下降，与负荷电压无功功率曲线形成新的平衡电压点，而此电压点与初平衡点相近，使平衡电压接近电气设备的工作电压，当系统内的补偿装置设置合理时，就会使系统的电源无功功率与负荷无功功率相平衡，且电压水平向当。如图 3 所示。 2.2 无功补偿调压常用的装置 并

10、联电抗器，是通过自身的感性阻抗增加系统的感性无功功率，与电容电流过大引起的容性阻抗相抵消的补偿装置，在铁路牵引网供配电系统中应用较多。静止无功补偿器（SVC） ，是一种能够根据系统发生变化的无功功率吸收或发生装置，属于动态的无功功率补偿。静止无功发生器（SVG） ，是一种并联在系统上，进行无功功率吸收和发生的进行无功功率补偿的。其中并联电抗器由于结构简单、造作方便等特点，广泛应用于牵引供电系统接触网中，但是并联电抗器的容量是一般是固定的，不可进行调节。与 SVC 相比较，SVG 具有响应时间短、谐波特性好、补偿5效果好等优点，SVC 在使用的过程中会产生谐波，在使用的过程中需要配合滤波器，SV

11、G 则属于电流源型的，在使用中会产生可抵消负载电流谐波的成分，同时其输出容量和母线电压呈线性关系，可有效的进行无功功率的补偿，保证系统无功功率的平衡。 3 动态无功补偿装置在接触网调压中的应用 3.1 静态无功发生器（SVG） 作为动力机车电能来源的牵引供电系统存在三相电压不平衡的状态，这种不平衡的状态会导致各相电压幅值发生变化，但是对各相电压的相位不会产生影响。当接触网系统中采用 SVG 进行动态补偿时，SVG 可有效的输出或者吸收感性无功功率，从而降低系统的容性无功功率，有效的改善牵引供电系统负荷不平衡特性，从而大大提高牵引变压器的容量利用率。同时，在采用并联电容进行无功固定补偿方案中，使

12、用 SVG 可以实现无功补偿容量的平滑调节、连续调节，从而减小 SVG 的容量，提高设备的利用率。 3.2 TCR 型 SVC 静态补偿装置 TCR 型 SVC 静态补偿装置具有响应时间短、无功输出调节平滑等优点，是应用较为广泛的动态无功补偿装置。其主要由双向导通晶闸管、固定电抗器、LC 滤波器等部分组成，通过对双向导通晶闸管导通角的控制，控制接触网系统中的容性无功电流，从而保证接触网系统中的无功功率平衡，稳定功率因素，从而实现对接触网电压的调节。当 TCR 型 SVC 静态补偿装置接入接触网系统中时，系统的无功功率为：QN=QV-QC+QTCR（1） 6式中，QN 为接触网系统的总无功功率，

13、QV 为系统中的负载无功功率，QC 为系统容性无功功率，QTCR 为动态无功补偿装置输出的无功功率。 由式（1）可知，系统的无功功率的变化与 QTCR 和 QV 有关，因此在实际的应用中只要保证动态补偿装置输出的无功功率与负载无功功率相平衡即可。同时 TCR 型 SVC 动态补偿装置中的 LC 滤波电路可有效的将产生的谐波去除，减少接触网系统的谐波干扰。TCR 型 SVC 补偿装置中双向导管晶闸管是负责调节输出无功功率主要元件，其工作原理图如图 4 所示，即通过控制两个双向导通晶闸管可实现对电抗器电流 i 的调节，改变系统中容性电流，调节无功功率。 其中 Pmax 是接触网系统牵引负荷的实际最

14、大有功率，Imax 是牵引变电所馈线的最大电流，U0 为牵引变电所母线电压，？渍为功率因数。 TCR 型动态无功补偿装置的应用可以有效的减少接触网电压发生波动的概率，保持电压的稳定，同时可有效的提高系统的功率因数，其中的LC 滤波可有效的消除接触网中的谐波干扰，使接触网电能输出质量满足电力机车的需求。 4 动态无功补偿装置在接触网中的使用效果 由动态无功补偿投运前的图 5 和 动态无功补偿投运后的图的 6 对比可知：电力机车在运行的过程中单相脉冲负荷线性差、波动性大造成牵引供电系统接触网的功率因数降低，系统功率因数在 01 之间频繁波动，且平均功率因数极低；动态无功补偿投运后动态无功补偿装置具

15、快速响应、根据负荷变化无功平滑输出调节，使系统功率因数稳定保持在 0.99以上，极大的提高了系统的功率因数。 7由动态无功补偿投运前的图 7 和 动态无功补偿投运后的图的 8 对比可知：电力机车在运行的过程中单相脉冲负荷线性差、波动性大造成牵引供电系统接触网的系统电压在 25kV30kV 之间剧烈波动，影响机车的正常运行；动态无功补偿投运后动态无功补偿装置具快速响应、根据负荷变化无功平滑输出调节，使系统电压在 27.5kV28.5kV 之间平稳波动，保证了系统电压的稳定，从而保证电力机车的安全、可靠运行。 5 结论 无功补偿装置平衡系统的无功功率，控制电缆末端的电压大小，是一种有效的调节铁路接

16、触网电压的方式，提高供电系统接触网电压的可靠性，保证接触网电压保持在符合电力机车运行要求的范围内，从而保证高速铁路的安全，实现列车安全的运行。动态无功补偿装置可以快速精准平衡系统的无功功率，保证系统电压的稳定，值得大面积推广应用。参考文献： 1李建峰.电力机车无功补偿与谐波抑制系统的研究与设计D.电子科技大学，2011. 2刘晶.电力牵引系统电能质量综合补偿方法的研究D.华北电力大学，2013. 3亢佳增.电气化铁道动态无功补偿的研究D.内蒙古大学，2012. 4孟盟.电气化铁道用谐波和无功补偿装置的研究D.北京交通大学，2007. 5赖惠鸽，朱学军.电气化铁道牵引供电系统动态无功补偿研究J.宁8夏工程技术，2002，02：182-185. 6周志成.牵引供电系统谐波与无功补偿技术应用研究D.西南交通大学，2006. 7肖正虎.针对电气化铁路负荷的无功补偿方法的研究D.西安理工大学，2010. 8路江.浅谈无功补偿在低压配电中的应用J.山西建筑，2011，08：119-120.