淺談牽引供電系統的無功補償

王春燕

【摘 要】通過分析了牽引供電系統中無功的危害和無功的補償原理，闡述了牽引供電系統中無功補償的重要意義。

【關鍵詞】牽引供電系統 無功補償

1 概述

在電力生產中，發電機輸出的功率有兩種，一種是有功功率，另一種是無功功率。而在交流電能輸送和使用過程中，用于轉換成機械能、熱能、光能等的那部分能量叫做有功功率；用于電路內電場與磁場交換的那部分能量叫做無功功率。由于電力的生產和使用是同時完成的，所以應該把電能傳輸和電力負荷聯系起來分析。

電力網的負荷一般分為三種，即電阻性、電感生和電容性負荷。通常電阻性負荷又稱為有功負荷，所消耗的功率叫做有功功率；電感性負荷、電容性負荷稱為無功負荷，電感性負荷儲存能量的時候，恰好是電容性負荷放出能量的時候，而電感性負荷放出能量的時候，恰好是電容性負荷儲存能量之時。在一個變化的周期中，能量也是送出兩次，收回兩次，能量僅被用來進行交換而沒被負荷消耗掉，反應的是能量互換的規模，規模的大小可用無功負荷來表示。

2 無功的危害

牽引供電系統主要由牽引變電所和接觸網組成，而用戶是電力機車或電動車組，牽引變電所主要由感性的牽引變壓器組成。那么由這個系統所組成的供電網絡，主要還是以呈現感性為主，所以使得整個系統的功率因數較低。當牽引供電系統的功率因數偏低時，供電系統除了供給有功功率外，還供給一定數量的無功功率，常常造成了以下的影響。

2.1 增加線路負擔

降低發電機組的輸出能力和輸變電設備的供電能力，使電氣設備的利用率大大降低，隨之而來的是伴隨著成本的提升。也就是說，當輸送的總功率不變的情況下，輸送的有功功率減少了。

2.2 增加線路損耗

實踐證明：當電流流過牽引供電系統時，產生的有功功率的損失與功率因數的平方成反比，因此，當功率因數降低的時候，使得有功功率的損失也大大地增加了。

2.3 線路末端電壓降低（感性無功負荷）

電力系統中當要輸送規定的有功功率的情況下，相應的總功率就要隨之增大，于是電流也隨之增大，電流和電壓之間成正比關系，所以輸電線上的電壓損失也要增大，那么末端的電壓水平就會降低。

3 電容無功補償的原理

提高牽引供電系統的功率因數不但對電力系統的經濟運行有極其重要的意義，而且對于降低電氣化鐵道系統的總體運營成本也起到了不可估量的作用。目前常采用的措施主要有提高自然功率因數的方法，也就是不添加任何附加的補償設備，采用降低用電設備自身的無功功率以改善其功率因數的方法，比如說改善牽引網的阻抗特性，合理選擇變壓器的容量，對于用戶來說，提高電力機車自身的功率因數也起到了一定的作用。另一個方法是人工補償提高功率因數，那么在牽引供電系統中通常采用在牽引變電所牽引側并聯電容器補償裝置，同時并聯電容補償裝置也可濾3次諧波。諧波可附加諧波損耗，降低了發電、傳輸及用電設備的效率，影響用電設備的正常工作，導致繼電保護故障和自動裝置的誤動作等等。總的說來牽引變電所無功補償的意義集中體現在功率因數、電壓波動、諧波和負序問題四個方面上。目前在高速電氣化鐵路的牽引供電系統里也多采用此補償方式。

原理：

（a）圖為補償原理的電路圖，在牽引負荷的兩端并聯了電容補償裝置。（b）圖為等效電路圖，從（c、d）圖的分析中可以看出補償前后總電流發生了變化，補償后的總電流小于補償前的總電流；而且其功率因數角發生了變化，變小了，那么其功率因數變大了。（c）圖中的向量分析顯示：當牽引負荷末端電壓不變的情況了，電壓有一定程度降低，從某種意義上以為這電力系統的電壓可以在 一定范圍內變化，從而使電力系統的電壓質量有了一定的改善。（d）圖中的向量分析顯示：當牽引供電系統的端電壓不變的情況下，牽引負荷的末端電壓增加了，這說明通過并聯此補償裝置，牽引變電所牽引側母線電壓增加了，也就意味著給通過牽引網輸電線路的損耗到達機車末端的電壓水平也提高了，輸電線的電壓損失降低了。

4 電容無功補償的形式

常用裝置的主要體現在：MCR——磁控電抗器、有載調壓型、TSC——晶閘管投切電容、TCR——晶閘管相控電抗器。目前高速電氣化鐵道牽引供電系統中晶閘管投切電抗器和晶閘管相控電抗器的使用中都能很好的補償無功，提高功率因數，達到了預期的效果。

5 總結

牽引供電系統是一個集輸電、變配電和用電設備組成的系統，要想能夠很好的滿足為電動車組供電的要求，要求各個系統之間很好的配合。為了提高系統的效率、穩定性和供電質量，除了采取有效的供電的方式外，其中重要的一塊就是進行無功補償，而無功補償的好壞直接影響著整個牽引供電系統的運行經濟指標，在當今電力資源十分寶貴的今天，是十分重要的。

【參考文獻】

[1]楊玉非編. 電氣化鐵道牽引供電系統.

[2]廖苗. 變電所補償電容的原理與作用.endprint