鐵路電力供電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償分析

金連國(guó)

(中鐵九局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000)

1 牽引供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償分析

1.1 無(wú)功補(bǔ)償?shù)漠a(chǎn)生背景

電氣化鐵道機(jī)車(chē)使用的是無(wú)功電流源，該電流源也是諧波電流源，相對(duì)來(lái)說(shuō)該種系統(tǒng)的設(shè)備、功率變換裝置以及各類(lèi)電子裝置會(huì)含有很多諧波。因此，電氣化鐵道牽引網(wǎng)中的補(bǔ)償措施以及電壓的波動(dòng)幅度，都會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的諧波，而有效的無(wú)功補(bǔ)償裝置可以過(guò)濾捷波，同時(shí)提升補(bǔ)償效果，提高電流功率，降低不必要的消耗。

1.2 無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔梅治?/h3>

由于我國(guó)鐵路系統(tǒng)的負(fù)載量很大，加重了電網(wǎng)的壓力，因此當(dāng)補(bǔ)償過(guò)渡時(shí)，其無(wú)重載的位置會(huì)容易發(fā)生補(bǔ)償過(guò)度現(xiàn)象。當(dāng)電源出現(xiàn)空載時(shí)，對(duì)電容器進(jìn)行補(bǔ)償反而會(huì)使電壓變大，而無(wú)功電壓可以使電車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的電壓波動(dòng)幅度降低，并將感性功率負(fù)荷與容性功率負(fù)荷的裝置連接于同一電路中，通過(guò)兩種負(fù)荷之間的能量交換，可以有效補(bǔ)償感性負(fù)荷所需要的無(wú)功功率，從而提升整體功率，使電源發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

2 鐵路供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償方案

2.1 提升抑制諧波機(jī)制

為了進(jìn)一步改進(jìn)電容器的無(wú)功補(bǔ)償手段，需要對(duì)其因電容器而放大的諧波進(jìn)行抑制。首先，要將濾波器接入換流裝置的附近處，并在受到諧波影響的補(bǔ)償器上串聯(lián)一個(gè)抑波電抗器，以達(dá)到抑制諧波的作用。其次，將母線(xiàn)布置在微電腦消諧裝置中，并提升變流器的供電電壓及脈動(dòng)數(shù)，以進(jìn)一步抑制低次諧波。

2.2 并聯(lián)電容器補(bǔ)償

一般情況下，并聯(lián)電容器分成兩種類(lèi)型，即三角形與星形。在接線(xiàn)容量方面，三角形是星形的3倍，所以該種接線(xiàn)方法較為普遍，但也存在一定的安全隱患。因此就目前來(lái)說(shuō)，國(guó)家禁止新的高壓電容器使用三角形接線(xiàn)方法，而低壓并聯(lián)則可行。

如圖1所示，IC為并聯(lián)電容無(wú)功補(bǔ)償電流，IT為牽引負(fù)荷電流。該種補(bǔ)償裝置可以在一定程度上降低資金成本，而且具有容量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，不僅可以過(guò)濾次諧波，也可以有效提升牽引負(fù)荷功率。但由于該種方式缺少對(duì)牽引負(fù)荷電流的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，因此容易造成諧振。就目前來(lái)說(shuō)，該種電容補(bǔ)償裝置方式應(yīng)用較為普遍，因此，要以此為基礎(chǔ)不斷地對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，以更好地發(fā)揮其性能。

圖1 電容器補(bǔ)償裝置并聯(lián)固定

2.3 電容器的投切方式

一般情況下，會(huì)將電容器的投切方式分為兩種，即自動(dòng)投切與人工投切。對(duì)于電氣化鐵道系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于其高壓負(fù)荷的變化率較小，因此所產(chǎn)生的沖擊性負(fù)荷也較低。在進(jìn)行電容器的集中補(bǔ)償時(shí)，可采用人工投切方式進(jìn)行，該方法不僅可以降低功率損耗，而且具有安裝與維護(hù)便捷的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)個(gè)別的電容器發(fā)生損壞時(shí)，不會(huì)影響其它裝置的整體運(yùn)行。但該種補(bǔ)償方式在功率發(fā)生變化時(shí)不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)節(jié)，因此當(dāng)電容器的運(yùn)行溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)發(fā)生鼓脹及漏油等故障。

另外，可以使用同步電機(jī)補(bǔ)償來(lái)改變磁電流，從而有效調(diào)節(jié)供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)。

2.4 可控飽和電抗器與固定濾波器的并聯(lián)

該種并聯(lián)補(bǔ)償方式可以改變繞組工作電流，從而有效控制鐵芯的飽和程度，并以此來(lái)進(jìn)行調(diào)整，以控制感性無(wú)功電流的大小。另外，將該種補(bǔ)償方式與固定補(bǔ)償容相配合，可以達(dá)到供電牽引網(wǎng)的補(bǔ)償效果，因此該種方式具有快速、準(zhǔn)確的補(bǔ)償優(yōu)勢(shì)，并且無(wú)需進(jìn)行切投。

3 結(jié)束語(yǔ)

電力系統(tǒng)作為電氣化鐵道系統(tǒng)的總動(dòng)力，要秉著可靠、合理、節(jié)約投資的原則，將其實(shí)際作用與發(fā)聲原理作為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合高速鐵路電力系統(tǒng)方案的研究，選擇合理的并聯(lián)電器補(bǔ)償裝置，并通過(guò)靈活使用正確的投切方式及并聯(lián)方式，來(lái)不斷提升對(duì)系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償水平，從而可以為鐵路的長(zhǎng)期發(fā)展提供更加穩(wěn)定、有力的保障。