茶坞配电所自闭供电系统无功补偿研究

1、茶坞配电所自闭供电系统无功补偿研究摘要：本文对铁路电力系统使用无功补偿方式的现状进行了分析， 对无功补偿装置不同类型的特点和优缺点做了简要介绍和比对，在此基 础上，对茶坞配电所自闭线路现有无功补偿方式和存在的问题进行了分 析，提出了茶坞配电所自闭线路无功补偿解决方案。abstract： this paper analyzed the current situation of reactive power compensation mode in railway power system, and introduced and compared the features and advantag

2、es and disadvantages of different types of the reactive power compensation device. on this basis, the way of reactive compensation for the self-closing power supply system in chawu distribution substation and the existing problems are analyzed, and puts forward the solution.关键词：配电所；供电系统；无功补偿key word

3、s: distribution substation； power supply system； reactive power compensation中图分类号：tm761文献标识码：a文章编号：1006-4311 (2016) 01-0112-031概述大秦铁路自1988年开通以来，得到了快速发展，铁路电力设备和线路也发生了较人变化。目前，大秦铁路电力系统电力线路基木由架空线路 和敷设电缆两种方式构成，现有的无功补偿方式为传统固定式静态电容器 补偿。存在的问题是补偿模式选择不合理，欠补偿或过补偿经常发生，设 备用电利用率下降的同时也彫响电力线路供电质量。茶坞配电所地处山区 和平原衔接区域，

4、在自闭馈出的两条供电臂上，输电线路也有很大区别。 延茶供电臂穿越燕山山脉隧道众多电缆是此段输电线路主要部分，茶大供 电臂在华北平原架空线是此段输电线路主要部分，自闭线路在实际运行中 功率因素较低，绝大部分时间呈容性状态。国内电力系统电力无功补偿技术发展迅速，为铁路电力无功补偿方式 的选择和设备的选型提供了良好的技术环境。无功补偿方式在铁路配电系 统有多种运用，不同系统或不同设计部门在无功补偿的方式和补偿设备的 选型上，各不相同，各有偏好。本文依据当前无功补偿研究成果结合茶配 自闭线路设备分布和实际供电情况，总结出适用于茶配的无功补偿方案， 为大秦线电力配电所无功补偿方案的设计和设备的选型提供基

5、础研究和 参考。2无功补偿在高速铁路电力供电系统的应用现状2. 1补偿方式高速铁路配电所馈出贯通线路，一般采用10kv全电缆沿铁路线两侧 敷设的方式，对于馈岀线路大量使用电缆的高速铁路配电所常用的补偿方 案一般有以下模式，具体如下： 将无功动态补偿装置集屮设置在配电所母线段，这种补偿方案在实 际安装方式又有两种模式，模式1：在1orv贯通母段上安装无功补偿装置, 这种模式能够很好地补偿贯通线路上的电容电流，同时贯通线调压器也不 穿越容性电流。模式厶在10kv电源母段上安装无功补偿装置。这种模式 在补偿贯通线路电容电流的同时也提高了电源侧的功率因数，存在的不足 是容性电流会穿越贯通调压器。不管那

6、种模式都存在占用较大安装空间的 缺点。 将固定式电抗器安装在配电所贯通馈出端进行补偿，可以做成单台 大容量电抗器集中补偿，也可以做成小容量电抗器多台集中补偿，存在的 不足是占用较大空间，不能根据用电负荷的变化进行更随性补偿，馈线上 会流过比较大的容性电流。 在区间将小容量的固定电抗器分散设置在贯通线路上，在配电所将 小容量的动态无功补偿装置集屮设置在母线段。这种方式的优点是利用铁 路电力远动控制系统进行及时跟随性投切，能够及时补偿馈线上的容性电 流同时提高了电源侧的功率因数。2. 2动态无功补偿装置的类型2.2. 1静止无功功率补偿器（svc） 晶闸管控制电抗器（tcr）o晶闸管控制电抗器+固

7、定电容器补偿方 式，由于品闸管的触发角a可以连续调节，通过品闸管触发角a的改变， 电抗器的感抗发生变化成为连续可调节的电感器。同时装置并联上电容器（fc）后，除具有良好的滤波效果，也使得总的接入的补偿容量为tcr与 并联电容器无功功率抵消后的净无功功率，可以连续跟踪负载的变化。 自饱和电抗器。口饱和电抗器主耍有可控饱和电抗器（mcr）与自 饱和电抗器（sr）。mcr的饱和程度通过改变可控硅触发角来改变直流励磁 的大小，改变铁芯的饱和度，绕组的感抗得到改变，达到控制无功电流的 大小，以并联电容器和快速响应的磁饱和式可控电抗器组成无功功率补偿 装置，能够快速补偿电力系统无功功率。 晶闸管投切电容器

8、(tsc)。晶闸管投切电容器(tsc)是利用双向 晶闸管或单向晶闸管反并联构成的交流无触点开关，在线路上快速投入或 切除多组电容器的动态无功补偿装置，可以根据负荷的变化快速平稳地投 入或切除补偿电容器组，实现动态补偿，保证系统中的功率因数要求。它 的应用形式很灵活，能够实现高压(635kv)补偿和低压(lkv)补偿。2.2.2静止无功功率发生器(svg)svg的电气系统比较复杂，变流器是系统中的核心器件，基本原理是 通过可控关断电力电子元件来生成与系统电压成一定角差的信号注入电 力系统，构成任意范围的连续补偿，svg从设计原理上可以有效避免发牛 谐振，极大的提高了供电系统的安全性。由于svg实

9、际设备不需要大容量 的储能元件，通常其占地面积要比相同容量其他动态补偿装置少一半以 上。svg存在的最大问题是设备发热，目前还在不断探索和研究中。 3 无功补偿在普速铁路电力供电系统的应用现状3. 1补偿方式普速铁路电力线路人部分是以架空线路为主电缆为辅的混合线路，目 前在普速铁路电力系统常用的补偿方案，基本采用传统并联电抗器和并联 电容器补偿。依据各种补偿装置的补偿特点，选择用并联电抗器和并联电 容器实现无功补偿从技术性和经济性都是合理的。但冃前由于在补偿容量 的选择上与实际存在差异，导致在实际运行中大量补充装置闲置停运。3.2并联电抗器补偿方案普速铁路电力系统贯通线基本为架空线路，但在困难

10、地段或特殊地段 会采取敷设电缆的方式。由于电缆线路呈容性，常用并联电抗器对容性无 功功率进行补偿。区间并联电抗器的安装方式主要有箱式电站式和户外杆 架式，其中户外杆架式由于电抗器安装在支柱上，常年裸露在自然环境中, 选用油浸铁心式电抗器能够更好的适应相对恶劣的运行环境。3.3并联电容器补偿方案3. 3. 1补偿方式及补偿地点普速铁路电力系统中，车站集中负荷较少，并且实际负荷率较低， 冲击性负荷也不多，应根据负荷特点采用集中补偿方式。有配电所的车 站，高压并联电容器一般设置在配电所的站馈母线段，满足区间供电线路 的补偿要求的同时又保证了站馈供电线路的补偿。箱式变电站一般设置集 中低压并联电容器补

11、偿。3. 3. 2投切方式目前，在配电所补偿用并联电容器组的投切方式主要冇2种：自动投 切方式和人工投切方式。铁路电力系统中，低压负荷变化较大，同时低压 无功补偿装置技术成熟，性价比高，安全性好，低压电容器宜釆用由动态 功率因数调整装置自动投切的控制方式实现集中补偿。高压负荷的变化很 小，高压电容器宜采用分组人工投切的方式实现集中补偿。4茶坞配电所自闭线路无功补偿方式的选择4. 1 口闭供电系统现状茶坞配电所地处山区和平原衔接区域，在自闭馈出的两条供电臂上，一条从茶坞配电所至延庆配电所，穿越燕山山脉，供电线路中有大量电缆。 一条从茶坞配电所至大石庄配电所，处于平原地带，供电线路中基本是架 空线

12、路，具体如表1所示。自闭线路的负荷特点是以铁路运输生产用电一级负荷为主，负荷小且 稳定，变化率小，利用率低，线路整体表现为容性属性。目前，配电所自 闭母线现有手动投切的并联电容器组式无功补偿装置长期停运。4.2存在的问题由于自闭线路负荷稳定，负荷小，同时供电线路大量使用电缆使得线 路长期处于容性状态，导致功率因素很低，长期稳定在0.60.7之间。 所内目前配置的补偿装置，因为是并联电容器组，主要提供容性无功，这 样就造成了不投无功补偿装置功率因素低，投入无功补偿装置后为自闭线 路提供了更多的容性电流，使系统功率因素更低，导致现有的以电容器组 为主要设备的无功补偿装置不能投入使用，形同虚设。随着

13、供电系统要求 的提高和节能型社会的发展思路，目前存在的矛盾将会越来越突出，急需 解决。4. 3无功补偿方式的选择大秦铁路是我国重要的运输大通道，在国民经济中占有重要地位，其 重要的要求就是安全和稳定，因此在设备的选型上应该首先突出安全性、 可靠性，英次是技术先进性和经济性。本着这个原则，依据茶坞配电所的 实际供电情况，参考以上高速和普速铁路电力系统无功补偿方案，作出适 合茶坞配电所特点的口闭线路无功功率补偿方案。4. 3. 1补偿针对性 通过对茶坞配电所，自闭线路功率因素实际运行结果统计结合馈出线 路的构成分析，可以看出自闭线路长期处于容性状态，同时由于自闭线路 所带负荷均为行车相关一级负荷，

14、负荷小且稳定，因此无功补偿以针对容 性特点，兼顾安全、可靠、简单、有效的原则设计。4. 3.2无功补偿设备的选择及配置由于自闭线路是容性特点，无功补偿只需耍补偿感性无功，因此在设 备选型上，选择电抗器作为无功补偿装置的主设备。在补偿方式上采用以 线路区间分散补偿为主与配电所就地集中补偿为辅相结合的形式进行，补 偿后的功率因素达到0. 95o 线路区间分散补偿。由于茶坞配电所自闭线路茶延区段内，一半 线路为电缆，这也是自闭线路呈容性的源头，为此宜在这个区段内采用固 定投切电抗器进行补偿，每10km电缆线路设置1处。在茶大区段因为 主要为架空线路，在这个区段不釆取任何补偿措施。茶延自闭线路补偿 设

15、备的分布及投退方式详见表2所示。由于大秦铁路是运煤大通道，在隧道区污染较为严重，为了保证设备 安全运行，设在区间的补偿装置，耍能够存分适应复杂的山区环境和运煤 通道带来的粉尘污染，选用干式铁芯式电抗器并安装户内或箱式建筑内是 比较适宜的。 配电所集中补偿。线路区间分散补偿与配电所集中补偿要整体考 虑，通过计算合理配置，在保证功率因素达到0.95的前提下，其补偿容 量的75%放在区间分散补偿，25%的容量放在配电所集屮补偿。整体补偿耍 使线路始终保持在弱容性，防止由于补偿和负荷的变化，使补偿过零点， 造成系统震荡，为此配电所集中补偿宜采用由无功补偿装置自动控制器控 制的分组投切电抗器来实现，并防止由于负荷变化造成过补，线路由容性 向感性过渡，过零点引起系统震荡的风险。5结语本文主要从安全、可靠、技术、经济的角度出发，结合当前高速和普 速铁路电力系统无功补偿方式的应用和茶坞配电