淺談牽引供電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償

王春燕

【摘 要】通過分析了牽引供電系統(tǒng)中無功的危害和無功的補(bǔ)償原理，闡述了牽引供電系統(tǒng)中無功補(bǔ)償?shù)闹匾饬x。

【關(guān)鍵詞】牽引供電系統(tǒng) 無功補(bǔ)償

1 概述

在電力生產(chǎn)中，發(fā)電機(jī)輸出的功率有兩種，一種是有功功率，另一種是無功功率。而在交流電能輸送和使用過程中，用于轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、熱能、光能等的那部分能量叫做有功功率；用于電路內(nèi)電場(chǎng)與磁場(chǎng)交換的那部分能量叫做無功功率。由于電力的生產(chǎn)和使用是同時(shí)完成的，所以應(yīng)該把電能傳輸和電力負(fù)荷聯(lián)系起來分析。

電力網(wǎng)的負(fù)荷一般分為三種，即電阻性、電感生和電容性負(fù)荷。通常電阻性負(fù)荷又稱為有功負(fù)荷，所消耗的功率叫做有功功率；電感性負(fù)荷、電容性負(fù)荷稱為無功負(fù)荷，電感性負(fù)荷儲(chǔ)存能量的時(shí)候，恰好是電容性負(fù)荷放出能量的時(shí)候，而電感性負(fù)荷放出能量的時(shí)候，恰好是電容性負(fù)荷儲(chǔ)存能量之時(shí)。在一個(gè)變化的周期中，能量也是送出兩次，收回兩次，能量?jī)H被用來進(jìn)行交換而沒被負(fù)荷消耗掉，反應(yīng)的是能量互換的規(guī)模，規(guī)模的大小可用無功負(fù)荷來表示。

2 無功的危害

牽引供電系統(tǒng)主要由牽引變電所和接觸網(wǎng)組成，而用戶是電力機(jī)車或電動(dòng)車組，牽引變電所主要由感性的牽引變壓器組成。那么由這個(gè)系統(tǒng)所組成的供電網(wǎng)絡(luò)，主要還是以呈現(xiàn)感性為主，所以使得整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)較低。當(dāng)牽引供電系統(tǒng)的功率因數(shù)偏低時(shí)，供電系統(tǒng)除了供給有功功率外，還供給一定數(shù)量的無功功率，常常造成了以下的影響。

2.1 增加線路負(fù)擔(dān)

降低發(fā)電機(jī)組的輸出能力和輸變電設(shè)備的供電能力，使電氣設(shè)備的利用率大大降低，隨之而來的是伴隨著成本的提升。也就是說，當(dāng)輸送的總功率不變的情況下，輸送的有功功率減少了。

2.2 增加線路損耗

實(shí)踐證明：當(dāng)電流流過牽引供電系統(tǒng)時(shí)，產(chǎn)生的有功功率的損失與功率因數(shù)的平方成反比，因此，當(dāng)功率因數(shù)降低的時(shí)候，使得有功功率的損失也大大地增加了。

2.3 線路末端電壓降低（感性無功負(fù)荷）

電力系統(tǒng)中當(dāng)要輸送規(guī)定的有功功率的情況下，相應(yīng)的總功率就要隨之增大，于是電流也隨之增大，電流和電壓之間成正比關(guān)系，所以輸電線上的電壓損失也要增大，那么末端的電壓水平就會(huì)降低。

3 電容無功補(bǔ)償?shù)脑?/p>

提高牽引供電系統(tǒng)的功率因數(shù)不但對(duì)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有極其重要的意義，而且對(duì)于降低電氣化鐵道系統(tǒng)的總體運(yùn)營成本也起到了不可估量的作用。目前常采用的措施主要有提高自然功率因數(shù)的方法，也就是不添加任何附加的補(bǔ)償設(shè)備，采用降低用電設(shè)備自身的無功功率以改善其功率因數(shù)的方法，比如說改善牽引網(wǎng)的阻抗特性，合理選擇變壓器的容量，對(duì)于用戶來說，提高電力機(jī)車自身的功率因數(shù)也起到了一定的作用。另一個(gè)方法是人工補(bǔ)償提高功率因數(shù)，那么在牽引供電系統(tǒng)中通常采用在牽引變電所牽引側(cè)并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置，同時(shí)并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置也可濾3次諧波。諧波可附加諧波損耗，降低了發(fā)電、傳輸及用電設(shè)備的效率，影響用電設(shè)備的正常工作，導(dǎo)致繼電保護(hù)故障和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作等等。總的說來牽引變電所無功補(bǔ)償?shù)囊饬x集中體現(xiàn)在功率因數(shù)、電壓波動(dòng)、諧波和負(fù)序問題四個(gè)方面上。目前在高速電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)里也多采用此補(bǔ)償方式。

原理：

（a）圖為補(bǔ)償原理的電路圖，在牽引負(fù)荷的兩端并聯(lián)了電容補(bǔ)償裝置。（b）圖為等效電路圖，從（c、d）圖的分析中可以看出補(bǔ)償前后總電流發(fā)生了變化，補(bǔ)償后的總電流小于補(bǔ)償前的總電流；而且其功率因數(shù)角發(fā)生了變化，變小了，那么其功率因數(shù)變大了。（c）圖中的向量分析顯示：當(dāng)牽引負(fù)荷末端電壓不變的情況了，電壓有一定程度降低，從某種意義上以為這電力系統(tǒng)的電壓可以在 一定范圍內(nèi)變化，從而使電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量有了一定的改善。（d）圖中的向量分析顯示：當(dāng)牽引供電系統(tǒng)的端電壓不變的情況下，牽引負(fù)荷的末端電壓增加了，這說明通過并聯(lián)此補(bǔ)償裝置，牽引變電所牽引側(cè)母線電壓增加了，也就意味著給通過牽引網(wǎng)輸電線路的損耗到達(dá)機(jī)車末端的電壓水平也提高了，輸電線的電壓損失降低了。

4 電容無功補(bǔ)償?shù)男问?/p>

常用裝置的主要體現(xiàn)在：MCR——磁控電抗器、有載調(diào)壓型、TSC——晶閘管投切電容、TCR——晶閘管相控電抗器。目前高速電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)中晶閘管投切電抗器和晶閘管相控電抗器的使用中都能很好的補(bǔ)償無功，提高功率因數(shù)，達(dá)到了預(yù)期的效果。

5 總結(jié)

牽引供電系統(tǒng)是一個(gè)集輸電、變配電和用電設(shè)備組成的系統(tǒng)，要想能夠很好的滿足為電動(dòng)車組供電的要求，要求各個(gè)系統(tǒng)之間很好的配合。為了提高系統(tǒng)的效率、穩(wěn)定性和供電質(zhì)量，除了采取有效的供電的方式外，其中重要的一塊就是進(jìn)行無功補(bǔ)償，而無功補(bǔ)償?shù)暮脡闹苯佑绊懼麄€(gè)牽引供電系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在當(dāng)今電力資源十分寶貴的今天，是十分重要的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]楊玉非編. 電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng).

[2]廖苗. 變電所補(bǔ)償電容的原理與作用.endprint