鐵路電力貫通線路動態(tài)無功補償方案的研究

孫元新　上海鐵路局杭州供電段

1　研究背景

隨著我國鐵路的快速發(fā)展和國民經(jīng)濟水平提高，在鐵路電力貫通線路本身的遷改、地方城市化進程以及鐵路沿線的環(huán)境改造中，常采用電力電纜取代電力架空線路，使得鐵路電力貫通線路的電力電纜、架空電力線路的比例在動態(tài)變化，而鐵路電力貫通線路的用電負荷較小，變化量不大，負荷和架空電力線路產(chǎn)生的感性電流往往遠小于電力電纜線路產(chǎn)生的容性電流，電力貫通線路整體呈現(xiàn)容性，且其容性電流隨電力電纜、架空電力線路的比例而動態(tài)變化，而容性電流又會給鐵路電力貫通線路供電帶來較大的危害。一是線路容性電流的增加，造成無功負荷過大、線損增加。二是易造成貫通調(diào)壓器過負荷，使貫通調(diào)壓器過熱，降低貫通調(diào)壓器的使用壽命甚至燒毀。三是造成線路末端電壓抬升，影響供電質(zhì)量，線路上易產(chǎn)生過電壓，影響設(shè)備安全和供電可靠性。因此，必須對鐵路電力貫通線路上產(chǎn)生的容性電流進行動態(tài)補償，切實保證鐵路電力貫通線路供電的安全性和可靠性。

2　既有無功補償方式的比較

由于電力電纜在鐵路電力貫通線路的廣泛應(yīng)用，其產(chǎn)生的容性電流具有較大的危害，引起了各方重視，目前鐵路電力貫通線路的無功補償方式主要有以下兩種方式。

2.1　線路固定感性無功補償方式

在鐵路電力貫通線上經(jīng)過負荷（隔離）開關(guān)或跌落式令克T接單臺或多臺容量適宜的電抗器來補償線路上的容性無功。該方式安裝簡便，費用較低，但難以滿足鐵路電力貫通線的動態(tài)調(diào)整無功補償量要求，固定電抗器補償度大，存在過補和電壓控制困難；補償度太低，又無法補償線路的充電功率，達不到補償效果。特別是在鐵路貫通線路運行方式改變時易產(chǎn)生過補或欠補，影響鐵路供電設(shè)備運行安全。

2.2　所內(nèi)動態(tài)感性無功補償方式

在鐵路變配電所的貫通母線上經(jīng)斷路器T接1套容量較大的感性無功自動補償裝置來補償整段貫通母線段上的容性無功。該方式可動態(tài)調(diào)整感性無功補償量，但需要在配電所貫通母線上增加一路饋出，受場地限制較大，費用較高，且一般情況下，所內(nèi)的感性無功自動補償裝置設(shè)置在10kV母線段，主要功能是補償整路電源的容性無功，從而提高整路電源的功率因數(shù)和供電質(zhì)量，減少力率罰款。

因此，有必要對鐵路電力貫通線路動態(tài)感性無功補償方案進行研究，充分吸收既有的兩種補償方式的優(yōu)點，減少或消除其缺點，通過實時監(jiān)測鐵路電力貫通線路的參數(shù)，動態(tài)調(diào)整感性無功補償量，有效的抑止操作過電壓和工頻過電壓，提高貫通調(diào)壓器的輸送能力，降低輸電損耗，提高鐵路供電安全性和可靠性。

3　線路動態(tài)感性無功補償方案

3.1　鐵路電力貫通線路容性電流的分析

鐵路電力貫通線路沿鐵路呈帶狀分布，其電力電纜線路產(chǎn)生較大的容性電流、架空電力線路和用電負荷產(chǎn)生少量的感性電流，從鐵路電力貫通線路的末端開始到配電所的供電首端，其容性電流逐步增大。

圖1　鐵路電力貫通線路供電示意圖

如圖1所示，正常情況下，鐵路電力貫通線可由甲配電所主供整條供電臂，乙配電所備供；當(dāng)甲配電所設(shè)備檢修或故障時，可改由乙配電所主供整條供電臂；當(dāng)線路設(shè)備檢修或故障時，可通過線路開關(guān)進行開口運行，由甲配電所和乙配電所分段供電。

因此，鐵路電力貫通線路容性電流的大小及方向隨著供電方式的變化而變化。

3.2　線路動態(tài)感性無功補償裝置的工作原理

電抗器本體方面，可采用目前各鐵路變配電所所內(nèi)使用的磁控電抗器，利用磁閥控制的自動無功調(diào)整裝置技術(shù)方案，利用附加直流勵磁磁化鐵心，通過調(diào)節(jié)磁控電抗器的磁飽和度，實現(xiàn)電抗值的連續(xù)可調(diào)，改變其輸出的感性無功功率。

分析控制系統(tǒng)方面，針對鐵路電力貫通線路的多種實際運行方式，可采用高壓的電壓互感器及電流互感器來在線監(jiān)測鐵路電力貫通線路的運行動態(tài)參數(shù)，利用工業(yè)單片機對采樣數(shù)據(jù)進行分析、處理，按設(shè)計程序輸出控制信號給電抗器，改變其輸出的感性無功功率，實現(xiàn)線路感性無功的動態(tài)補償。

3.3　線路動態(tài)感性無功補償裝置的總體結(jié)構(gòu)

線路動態(tài)感性無功補償裝置的總體結(jié)構(gòu)可由電抗器、控制器、電流互感器、電壓互感器、負荷開關(guān)、高壓熔斷器等部分組成，如圖2所示。

圖2　線路動態(tài)感性無功補償裝置結(jié)構(gòu)圖

3.4　線路動態(tài)感性無功補償裝置的技術(shù)創(chuàng)新點

如圖2所示，通過調(diào)整運行方式，利用線路動態(tài)感性無功補償裝置內(nèi)的電壓互感器YH和電流互感器LH1可以分別測出該裝置至甲、乙配電所之間的無功功率。當(dāng)甲配電所主供整條供電臂，乙配電所備供時，可以測量到該裝置至乙配電所間的無功功率Q1；當(dāng)乙配電所主供整條供電臂，甲配電所備供時，可以測量到該裝置至甲配電所間的無功功率Q2。

無論甲、乙配電所供電方式如何變化，只要不將線路動態(tài)感性無功補償裝置退出運行，均可根據(jù)線路動態(tài)感性無功補償裝置內(nèi)LH1采集到的電流方向，將該裝置至乙配電所間的無功功率Q1或該裝置至甲配電所間的無功功率Q2作為固定的無功補償量，同時將LH1采集到的容性電流作為動態(tài)的無功補償需量Q3，按設(shè)計程序輸出控制信號給電抗器，利用磁閥控制原理，讓其輸出Q1+Q3或Q2+Q3的感性無功功率，從而真正實現(xiàn)鐵路電力貫通線路感性無功動態(tài)補償。

4結(jié)束語

本文通過對鐵路電力貫通線路無功補償?shù)男枨蠓治觯浞旨橙×思扔械木€路固定感性無功補償方式和所內(nèi)動態(tài)感性無功補償方式的優(yōu)點，研究制定了1套線路動態(tài)感性無功補償方案，通過對鐵路電力貫通線路運行參數(shù)的監(jiān)測，采用固定補償加動態(tài)補償?shù)姆绞剑么砰y控制原理對磁控電抗器進行連續(xù)平滑的進行調(diào)整，提高功率因數(shù)，降低線路損耗，抑制線路過電壓，杜絕電壓諧振，減少電力線路因過電壓造成的故障，保障鐵路供電設(shè)備的安全性和可靠性。該方案費用適中，具有很強的實用性，可以推廣到類似的電力貫通線路中。

[1]馬靜波.鐵路電力設(shè)計規(guī)范.中國鐵道出版社：2007.

[2]陳振虎，梁繼勇，黃祥偉.基于磁控電抗器的電力系統(tǒng)動態(tài)無功補償裝置的設(shè)計及應(yīng)用.電網(wǎng)技術(shù)：2005，29（7）：82-84.

[3]王寶安，金麗莉，羅亞橋.基于磁控電抗器的動態(tài)無功補償裝置.電力自動化設(shè)備：2010，30（4）：97-100.

[4]李和明，劉海鵬，尹忠東.基于磁控電抗器的控制系統(tǒng)設(shè)計.高電壓技術(shù)：2014，40（1）.

[5]熊偉.磁控電抗器在高速鐵路10kV配電所中的應(yīng)用.鐵道勘測與設(shè)計：2011（3）：97-100.

[6]杭州供電段.電力設(shè)備運行檢修資料：2010-2015.