高速鐵路電力供電系統10kV長電纜線路補償方式分析

王語園

摘 要：高速鐵路電力供電系統10kV電力線路綜合貫通線大多采用電纜線路，這種電纜線路電容值較大，導致沿線電壓升高、功率因素降低，影響供電質量，需要進行無功補償。文章介紹了各種無功補償方案，分析各種方案的適用場所，得出了高速鐵路電力供電系統10kV長電纜線路適合的無功補償方式。

關鍵詞：高速鐵路；電力線路；無功補償；SVG

高速鐵路電力供電系統10kV電力線路綜合貫通線大多采用電纜線路，這種電纜線路電容值較大，導致沿線電壓升高、功率因素降低，影響供電質量，需要進行無功補償[1]。由于電纜電容分布特征和系統運行狀態的復雜性，補償方案有集中補償、分散補償，固定補償與動態補償，也有綜合應用方案。補償參數也需要計算分析確定。

1 補償方式

采用分散補償方案時，電抗器沿線路分散設置，有利于提高線路上的電能質量，降低線路損耗，但維修、檢查、巡視等工作量大，增加運營維護工作量和成本，不利于減員增效。采用集中補償方案時，補償設備集中在配電所設置，設備數量減少，檢修維護和巡視等工作都在配電所進行，能夠減少運營維護難度和工作量。

鐵路區間負荷較小，電纜容性負荷所占比例較大。并且不同時間不同運行方式負荷電流變化較大，線路容性電流會隨著負荷變化而變化。采用固定補償或者電抗器分組投切，難以有效跟蹤系統參數的變化，補償效果不理想[2]。采用過補償方式，負荷增加進一步增加感性補償效果，需要較大的設備安裝容量。如果欠補償，一條貫通線停電，另一條貫通線的負荷急劇增加，補償效果會迅速由容性無功變為感性無功，仍然會出現較低的功率因素，還會發生諧振的問題。所以，一般采用固定補償和動態補償相結合，實現精確補償。

固定補償采用電抗器實現，動態補償有不同的技術形式。目前主要有SVG和SVC兩類，兩者的主要區別在于SVG是電流發生器，是有源裝置，SVC是補償器，是無源裝置。

SVG即靜止無功發生器，采用IGBT技術，有源補償，具有影響速度快、可靠性高的優勢，還可以跟蹤補償基波和各次諧波[3]。SVG將電壓源型逆變器經過電抗器或變壓器并聯到電網上，通過調節逆變器交流側輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制交流側電流的幅值和相位，吸收或發出無功功率，實現快速調節無功的目的。有源補償可以實現雙向調節，既能補償容性也能補償感性電流，能適應各種電網運行方式和負荷狀況，沒有諧振可能，響應速度快。

SVC即靜止無功補償器，主要有TSC、TCR、MCR幾種形式[4]。TSC采用晶閘管投切電容器，通過晶閘管串并聯組成投切電容器組，實時監測，跟蹤負載無功電流變化，分級投切，動態補償。優點是裝置相對簡單，可靠性高，響應速度快，不產生諧波，缺點是只能發容性無功，有級差。TCR采用晶閘管控制電抗器，優點是可實現平滑調節，缺點是只能提供感性無功，需要與容性無功裝置組合時才能雙向調節。MCR是磁控電抗器，優點是可實現平滑調節，維護比較簡單。缺點是響應速度慢，只能提供感性無功，需要與容性無功裝置組合使用，才能實現雙向調節。

2 動態補償裝置的設置位置和容量

分散設置方案中，動態補償裝置宜集中在線路兩端，結合變電所設置。動態補償裝置可以接于變壓器一次側的母線，也可以接變壓器二次側貫通母線。由于電纜貫通線通常產生容性無功，除了專用的補償裝置外，貫通線上的負荷、變配電所的其他負荷以感性負荷為主，也能產生一定的補償效果，這對補償裝置的出力會產生影響。而電源端的功率因數是最終考核指標，不能任意改變，這樣分配到變壓器一二次側的無功功率就會隨著負荷的變化而變化。

動補裝置設置在變壓器一次側時，計算變壓器容量所考慮的無功負荷只和區間負荷無功、線路無功、固定補償度以及運行方式有關，而動態補償裝置設置在變壓器二次側時，還要考慮動補的影響。無功補償有多種方案組合，方案組合的不同、采用動補裝置類型的不同，都應采用針對性的方法確定補償容量。一般在固定補償+動態補償的方案下，需要重點考慮固定補償的補償度。

3 SVG集中動態補償裝置的應用

高速鐵路穿越山區，大量的用電點處于隧道內，保養維護困難，電抗器容易出故障，適合采用在配電所內裝設集中SVG補償裝置。石太高速鐵路就采用這一方式。在配電所調壓后母線段，通過斷路器接入SVG，成套配備相應的控制和保護裝置，用以抵消無功電流，控制輸出系統穩定性，提高線路傳輸容量，改善電能質量，調節功率因素在規定的范圍內。補償容量按最不利情況考慮，即相鄰配電所停電，兩側的貫通線均由本所供電。

石太高鐵設置四座配電所，全線采用了兩種類型的SVG。安裝在房屋內陽泉北配電所采用了鏈式SVG，其他各所為箱式配電所，采用變壓器多重式SVG。鏈式SVG占地面積大，要求房屋有足夠的空間安裝，變壓器多重式SVG占地相對較小，容易安裝在箱式配電所內。

4 結束語

高速鐵路電力供電系統10kV長電纜線路的補償方式較多，應根據線路實際情況綜合考慮。SVG有源補償可以實現雙向調節，既能補償容性也能補償感性電流，能適應各種電網運行方式和負荷狀況，沒有諧振可能，響應速度快，是無功補償裝置發展方向，高速鐵路電力線路無功補償裝置可以首先考慮SVG補償裝置，在山區地帶首選SVG集中動態補償裝置。

參考文獻

[1]夏焰坤，李群湛，鄒大云.一種基于有源濾波器的同相牽引供電系統方案[J].電網技術，2010，34（10）：132-134.

[2]李群湛.電氣化鐵路電能質量分析與控制[M].西南交通大學出版社，2011.

[3]楊中平，吳命利.軌道交通電氣化概論[M].中國鐵道出版社，2013.

[4]于坤山，周勝軍，等.電氣化鐵路供電與電能質量[M].中國電力出版社，2011.