无功补偿调压在电缆贯通线调压中的应用.doc

无功补偿调压在电缆贯通线调压中的应用a摘要：在铁路电气化建设的进程中，电力电缆逐渐应用于铁路贯通线中，与传统的架空线相比较，电力电缆受外界的影响更小、更加安全可靠。但是随着铁路建设的不断开展，造成电力电缆分布电容增大，导致铁路供电系统的容性无功功率过剩，致使贯通线的电压升高，影响铁路供电系统和铁路运行的安全性。无功补偿调压是一种有效的调节铁路贯通线电压的方式，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，保证系统电压的稳定。本文简要分析电力电缆在铁路贯通线中应用的情况，分析铁路贯通线常用的调压技术，重点分析无功补偿调压的应用，以期为铁路贯通线调压工作提供参考。关键词：无功补偿；调压技术；电缆贯通线；应用作为高速铁路列车电能主要来源的电力贯通线，不仅为列车、沿线的信号设备、控制设备和其他的铁路电气设备提供电能，而且为电气化铁路中重要的通信设备提供电源，因此贯通线电压的是否符合要求是保证高速铁路正常运行的关键。电力电缆不受外界环境的影响，能够有效的传输电能，可靠性能高，已经逐渐应用于铁路电力系统中。但是电缆贯通线的应用使系统电容电流增大，导致系统的容性无功功率过剩，系统的电压升高，严重影响了供电系统的可靠性。本文通过研究无功补偿对容性无功功率过剩导致的电压升高进行调压，以期提高高速铁路供电系统的可靠性，实现高速铁路安全、可靠地运行，促进我国高速铁路的快速发展。一、铁路贯通线应用电力电缆的电容效应问题在高速铁路的供配电过程中，通常需要设置2条贯通线组成铁路电力供配电系统的综合贯通线，其中一条贯通线负责通信信号的传递，另一条则主要负责沿线电力的供应。电力电缆在空载的过程中，由于系统的容性阻抗远远超出感性阻抗，导致电缆中容性电流的增加，容性电流流经感性阻抗时会造成感性阻抗的电压下降，从而提高了容性阻抗的电压，出现空载的时候电力电缆的线路电压高于电源的电压，即出现空载线路的电容效应。图1为电力电缆贯通线的等效电路图，图1 电力电缆贯通线的等效电路从等效电路图可知： （1）以为参考方向，作出上式的向量图，如图2，图2 电力电缆等效电路的向量图从向量图中可以看出，当电力电缆贯通线空载时，线路末端的电压值发生变化，使其大于线路首端的电压值，即电缆贯通线的线路电压高于电源电压。由于贯通线路电压高出电源电压，线路中的容性无功功率的增加，导致电缆贯通线输送电能的效率下降，系统的稳定性、可靠性受到影响，造成高速铁路供配电系统故障率提高，影响高速铁路列车的运行安全，因此急需相应的措施解决容性无功功率过剩，进而调节电缆贯通线电压。二、电缆贯通线调压中无功补偿调压的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。（一）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所示图3 无功功率与电压的关系（二）无功补偿调压常用的装置并联电抗器，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，广泛应用于电缆贯通线中，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，SVG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。三、27.5kv接触网无功补偿调压高速铁路中的接触网也采用电力电缆进行高速铁路列车电力能源的供应，因此在空载或者发生故障时也会出现电容电流增大，导致系统的容性无功功率过剩，系统的电压升高，因此也需要采取无功功率补偿对电缆贯通线接触网进行电压调节。（一）无功补偿容量的确定对于采用单芯的接触网电缆，对电缆电容电流的补偿要以电缆发生单相接地时为依据，接触网线路中电容电流的情况如图4，图4 接触网电缆单相接地电容电流分布通过分析分布图，我们可知： （2） （3） （4） （5）其中，为接触网发生单相接地时的非故障点相对于地的电容电流值；为接触网发生单相接地时非故障相始端的电容电流值；为单相接地点的电容电流值；单相接地时故障相的始端电容电流值。与之间的夹角为30，且其两向量之和为。当将并联电抗器接入高速铁路接触网电缆线路中时，接触网线路的电容电流为： （6）则电缆的无功补偿容量为： （7）两式中，为接触网电缆电容电流，表示接地相的相电压，l为接触网电缆的长度，为接触网接地相的线电压。（二）补偿位置的确定并联电抗器在接触网电缆中补偿位置的不同，对电压的调节作用不同，其主要的补偿位置有首端位置、中间位置、末端位置三种方式。其中当并联电抗器选择在首端位置进行补偿时，接触网电缆末端的电压是电压调节的最大值，若将并联电抗器沿着接触网电缆向末端移动，其电压调节的最大电压开始出现在电缆的首端，当将并联电抗器彻底的移动到接触网电缆的末端时，能够很好的对末端的电压进行调节，调节的效果也较好。但是，补偿位置设置在接触网电缆的末端时，会造成末端产生过多的无功功率，虽使系统中的无功功率相平衡，但影响了无功功率的分布。因此在选择补偿位置时应该根据接触网线路的实际情况，科学的选择补偿的位置。（三）补偿方式的选择高速铁路电力系统中常用的无功功率补偿方式主要有集中补偿、分散补偿和就地补偿。高速铁路电缆贯通线距离都较长，而且沿线负荷点较多，因此不适宜进行就地补偿的方式。目前我国普遍采用的补偿方式是在接触网电缆贯通线沿线设置分散补偿和变电站、配电所电气设备集中补偿进行结合的方式。由于采用这种补偿的方式，使得电抗器能够在电缆贯通线中负荷变化时及时的投入或者切除电抗器，实现对电缆贯通线无功功率的补偿。高速铁路采用电缆贯通线虽然提高了系统的安全性，但电缆贯通线的维护难度大，在运行的过程中，容易导致线路无功功率过剩，引起末端电压的升高，因此有效的无功功率补偿措施，可有效的平衡系统的无功功率，控制电缆末端的电压大小，提高供电系统接触网电压的可靠性，使符合列车的要求，实现高速列车安全的运行。参考文献：1李国. 高速铁路10kV全电缆电力贯通线的调压技术研究D.北京交通大学,2014.2徐根厚. 铁路电缆贯通线继电保护方案研究D.西南交通大学,2010.3杨林立. 高速铁路电缆贯通线电压分布与补偿研究D.西