鄭國(guó)龍

不同供電方式下高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的應(yīng)用

鄭國(guó)龍

電氣化鐵道牽引供電方式主要有帶回流線的直接供電方式和自耦變壓器（AT）供電方式。在帶回流線的直接供電方式下，無(wú)功補(bǔ)償回路并聯(lián)在接觸網(wǎng)（T線）與鋼軌（R）之間；在自耦變壓器（AT）供電方式下，無(wú)功補(bǔ)償回路并聯(lián)在接觸線（T線）和正饋線（F線）之間。對(duì)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)分別并聯(lián)在T/R、F/R之間的情況進(jìn)行分析研究，兼顧帶回流線的直接供電方式和自耦變壓器（AT）供電方式下無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的應(yīng)用，為相關(guān)工程提供借鑒。

電氣化鐵路；帶回流線的直接供電方式；自耦變壓器供電方式；無(wú)功補(bǔ)償

0 引言

某重載鐵路電氣化改造工程，按正式工程和臨時(shí)過(guò)渡工程兩期展開(kāi)。牽引供電系統(tǒng)正式方案采用帶回流線的直接供電方式，新建1座牽引變電所，并設(shè)置無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。臨時(shí)過(guò)渡工程中，其中一供電臂采用自藕變壓器（AT）供電方式過(guò)渡，通過(guò)改造相鄰電氣化鐵路的AT分區(qū)兼開(kāi)閉所，增設(shè)饋線為該工程提供電源，同時(shí)設(shè)置無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，正式工程完工后，將該供電臂改造成帶回流線的直接供電方式。

為滿足正式工程和臨時(shí)過(guò)渡工程中無(wú)功補(bǔ)償需要，研究無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)在直供和AT供電方式下補(bǔ)償方式的不同，兼顧2種供電方式下的補(bǔ)償方案，減少設(shè)備的廢棄，AT供電方式下采用在T/R、F/R間分別設(shè)置1套動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，并對(duì)T/R、F/R同時(shí)投入無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，T/R、F/R分別投入無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行分析比較，研究其補(bǔ)償效果。

1 調(diào)壓式無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)原理

動(dòng)態(tài)補(bǔ)償主要是根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)的感性無(wú)功變化，及時(shí)調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容發(fā)出的無(wú)功總量。改變無(wú)功總量有2種方法：（1）改變投入的等效電容；（2）改變電容兩端的電壓。調(diào)壓式無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)采用第二種方法，在電源頻率一定的情況下，補(bǔ)償容量與電容運(yùn)行電壓的平方成正比。自動(dòng)控制裝置實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)的電壓、電流、功率因數(shù)，分析負(fù)荷的變化趨勢(shì)、系統(tǒng)無(wú)功功率、系統(tǒng)諧波含量、電壓波動(dòng)情況等，通過(guò)有載分接開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電容兩端的電壓，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)比例無(wú)功的饋送。其電氣接線圖如圖1所示。

該系統(tǒng)的補(bǔ)償容量為Qc=U22/(Xc-XL)

因?yàn)?Xc-XL)為固定阻抗，所以補(bǔ)償容量Qc與U2為平方關(guān)系，通過(guò)調(diào)節(jié)分接開(kāi)關(guān)的檔位即可改變輸出電壓U2。

牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行中無(wú)功容量欠補(bǔ)償時(shí)，通過(guò)有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)整檔位提高U2，增加補(bǔ)償無(wú)功容量；當(dāng)無(wú)功容量過(guò)補(bǔ)償時(shí)，通過(guò)有載分接開(kāi)關(guān)調(diào)整檔位降低U2，減少補(bǔ)償無(wú)功容量。從而使補(bǔ)償效果較佳，有效提高牽引供電系統(tǒng)的功率因數(shù)。

圖1 調(diào)壓式無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)電氣接線圖

2 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的常規(guī)應(yīng)用

2.1 帶回流線的直接供電方式

在帶回流線的直接供電方式下，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置設(shè)置于低壓側(cè)27.5 kV母線與地之間，自動(dòng)控制裝置采集高壓側(cè)的電壓、電流、功率因數(shù)，分析負(fù)荷的變化趨勢(shì)、系統(tǒng)無(wú)功功率、系統(tǒng)諧波含量、電壓波動(dòng)情況等，通過(guò)有載分接開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電容兩端的電壓，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，從而提高牽引網(wǎng)的功率因數(shù)，同時(shí)兼濾高次諧波。

2.2 自耦變壓器供電方式

在自耦變壓器（AT）供電方式下，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置一般設(shè)置于低壓側(cè)2×27.5 kV母線側(cè)的T線與F線之間，自動(dòng)控制裝置采集低壓側(cè)2×27.5 kV母線的電壓、電流、功率因數(shù)，分析負(fù)荷的變化趨勢(shì)、系統(tǒng)無(wú)功功率、系統(tǒng)諧波含量、電壓波動(dòng)情況等，通過(guò)有載分接開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電容兩端的電壓，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，從而提高牽引網(wǎng)的功率因數(shù)，同時(shí)兼濾高次諧波。

第2.1、2.2節(jié)所述的2種供電方式下補(bǔ)償裝置的電氣接線如圖2所示。

圖2 無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)在不同供電方式下的電氣接線示意圖

2.3 自耦變壓器供電方式下無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)

某重載鐵路電氣化改造工程分臨時(shí)過(guò)渡工程和正式工程2部分實(shí)施。臨時(shí)工程中采用AT供電方式，分區(qū)所兼開(kāi)閉所設(shè)置無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)；正式工程采用帶回流線的直接供電方式，牽引變電所設(shè)置無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)。2種供電方式的不同，電壓等級(jí)、補(bǔ)償方法皆不相同。按常規(guī)設(shè)計(jì)思路，正式工程中在牽引變電所低壓側(cè)A相、B相母線與地之間分別設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)；臨時(shí)過(guò)渡工程中在分區(qū)兼開(kāi)閉所2×27.5 kV母線側(cè)的T線與F線之間設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)。電氣化改造工程共設(shè)置3套無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，同時(shí)正式工程開(kāi)通后，造成AT供電方式下分區(qū)兼開(kāi)閉所處無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的廢棄。

為了滿足正式工程和臨時(shí)過(guò)渡工程中無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枰瑫r(shí)減少設(shè)備的廢棄，在AT供電方式下，T/R、F/R之間分別設(shè)置1套動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)在自耦變壓器供電方式下新型電氣接線示意圖

自動(dòng)控制裝置采集低壓側(cè)2×27.5 kV母線的電壓、電流、功率因數(shù)，分析負(fù)荷的變化趨勢(shì)、系統(tǒng)無(wú)功功率、計(jì)算牽引網(wǎng)需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功總量，平均分配給T/R、F/R之間的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，從而提高牽引網(wǎng)的功率因數(shù)，同時(shí)兼濾高次諧波。

3 結(jié)語(yǔ)

自耦變壓器供電方式下，T/R、F/R之間分別設(shè)置了無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的新型設(shè)計(jì)，與常規(guī)T/F之間設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)相比較，設(shè)備電壓等級(jí)由55 kV降低為27.5 kV，并滿足帶回流線的直接供電方式下的應(yīng)用，降低了工程投資，提高了經(jīng)濟(jì)效益。2010年，該臨時(shí)過(guò)渡工程開(kāi)工后，無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，驗(yàn)證了AT供電方式下在T/R、F/R之間分別設(shè)置動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的可行的，且該系統(tǒng)應(yīng)用效果良好，可供相關(guān)工程借鑒參考。

[1] 曹建猷.電氣化鐵道供電系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1983.

[2] 鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

[3] GB50227-2008 并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 周志成.牽引供電系統(tǒng)諧波與無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用研究[D].西南交通大學(xué)，2006.

The traction power supply modes for electrified railways consist of mainly the direct feeding system with return wires and the autotransformer (AT) system. The reactive power compensation circuits are connected in parallel between overhead contact line (T line) and rail (R) under direct feeding system with return wires; and the reactive power compensation circuits are connected in parallel between contact wire (T line) and positive wire (F) under AT system. The analysis and researches made for the reactive power compensation systems connected in parallel between T/R or F/R respectively, and on the basis of application of the reactive power compensation systems under the both modes will provide references for the similar projects.

Electrified railway; direct feeding system with return wire; autotransformer feeding system; reactive power compensation

U223.5

：B

：1007-936X(2016)03-0017-02

2016-02-20

鄭國(guó)龍. 中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，工程師，電話：13810981743。