高速鐵路電力供電系統(tǒng)10kV長電纜線路補(bǔ)償方式分析

王語園

摘 要：高速鐵路電力供電系統(tǒng)10kV電力線路綜合貫通線大多采用電纜線路，這種電纜線路電容值較大，導(dǎo)致沿線電壓升高、功率因素降低，影響供電質(zhì)量，需要進(jìn)行無功補(bǔ)償。文章介紹了各種無功補(bǔ)償方案，分析各種方案的適用場所，得出了高速鐵路電力供電系統(tǒng)10kV長電纜線路適合的無功補(bǔ)償方式。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；電力線路；無功補(bǔ)償；SVG

高速鐵路電力供電系統(tǒng)10kV電力線路綜合貫通線大多采用電纜線路，這種電纜線路電容值較大，導(dǎo)致沿線電壓升高、功率因素降低，影響供電質(zhì)量，需要進(jìn)行無功補(bǔ)償[1]。由于電纜電容分布特征和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的復(fù)雜性，補(bǔ)償方案有集中補(bǔ)償、分散補(bǔ)償，固定補(bǔ)償與動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，也有綜合應(yīng)用方案。補(bǔ)償參數(shù)也需要計(jì)算分析確定。

1 補(bǔ)償方式

采用分散補(bǔ)償方案時(shí)，電抗器沿線路分散設(shè)置，有利于提高線路上的電能質(zhì)量，降低線路損耗，但維修、檢查、巡視等工作量大，增加運(yùn)營維護(hù)工作量和成本，不利于減員增效。采用集中補(bǔ)償方案時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備集中在配電所設(shè)置，設(shè)備數(shù)量減少，檢修維護(hù)和巡視等工作都在配電所進(jìn)行，能夠減少運(yùn)營維護(hù)難度和工作量。

鐵路區(qū)間負(fù)荷較小，電纜容性負(fù)荷所占比例較大。并且不同時(shí)間不同運(yùn)行方式負(fù)荷電流變化較大，線路容性電流會(huì)隨著負(fù)荷變化而變化。采用固定補(bǔ)償或者電抗器分組投切，難以有效跟蹤系統(tǒng)參數(shù)的變化，補(bǔ)償效果不理想[2]。采用過補(bǔ)償方式，負(fù)荷增加進(jìn)一步增加感性補(bǔ)償效果，需要較大的設(shè)備安裝容量。如果欠補(bǔ)償，一條貫通線停電，另一條貫通線的負(fù)荷急劇增加，補(bǔ)償效果會(huì)迅速由容性無功變?yōu)楦行詿o功，仍然會(huì)出現(xiàn)較低的功率因素，還會(huì)發(fā)生諧振的問題。所以，一般采用固定補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)精確補(bǔ)償。

固定補(bǔ)償采用電抗器實(shí)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償有不同的技術(shù)形式。目前主要有SVG和SVC兩類，兩者的主要區(qū)別在于SVG是電流發(fā)生器，是有源裝置，SVC是補(bǔ)償器，是無源裝置。

SVG即靜止無功發(fā)生器，采用IGBT技術(shù)，有源補(bǔ)償，具有影響速度快、可靠性高的優(yōu)勢，還可以跟蹤補(bǔ)償基波和各次諧波[3]。SVG將電壓源型逆變器經(jīng)過電抗器或變壓器并聯(lián)到電網(wǎng)上，通過調(diào)節(jié)逆變器交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制交流側(cè)電流的幅值和相位，吸收或發(fā)出無功功率，實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)無功的目的。有源補(bǔ)償可以實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)節(jié)，既能補(bǔ)償容性也能補(bǔ)償感性電流，能適應(yīng)各種電網(wǎng)運(yùn)行方式和負(fù)荷狀況，沒有諧振可能，響應(yīng)速度快。

SVC即靜止無功補(bǔ)償器，主要有TSC、TCR、MCR幾種形式[4]。TSC采用晶閘管投切電容器，通過晶閘管串并聯(lián)組成投切電容器組，實(shí)時(shí)監(jiān)測，跟蹤負(fù)載無功電流變化，分級投切，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。優(yōu)點(diǎn)是裝置相對簡單，可靠性高，響應(yīng)速度快，不產(chǎn)生諧波，缺點(diǎn)是只能發(fā)容性無功，有級差。TCR采用晶閘管控制電抗器，優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)，缺點(diǎn)是只能提供感性無功，需要與容性無功裝置組合時(shí)才能雙向調(diào)節(jié)。MCR是磁控電抗器，優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)，維護(hù)比較簡單。缺點(diǎn)是響應(yīng)速度慢，只能提供感性無功，需要與容性無功裝置組合使用，才能實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)節(jié)。

2 動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置的設(shè)置位置和容量

分散設(shè)置方案中，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置宜集中在線路兩端，結(jié)合變電所設(shè)置。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置可以接于變壓器一次側(cè)的母線，也可以接變壓器二次側(cè)貫通母線。由于電纜貫通線通常產(chǎn)生容性無功，除了專用的補(bǔ)償裝置外，貫通線上的負(fù)荷、變配電所的其他負(fù)荷以感性負(fù)荷為主，也能產(chǎn)生一定的補(bǔ)償效果，這對補(bǔ)償裝置的出力會(huì)產(chǎn)生影響。而電源端的功率因數(shù)是最終考核指標(biāo)，不能任意改變，這樣分配到變壓器一二次側(cè)的無功功率就會(huì)隨著負(fù)荷的變化而變化。

動(dòng)補(bǔ)裝置設(shè)置在變壓器一次側(cè)時(shí)，計(jì)算變壓器容量所考慮的無功負(fù)荷只和區(qū)間負(fù)荷無功、線路無功、固定補(bǔ)償度以及運(yùn)行方式有關(guān)，而動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置設(shè)置在變壓器二次側(cè)時(shí)，還要考慮動(dòng)補(bǔ)的影響。無功補(bǔ)償有多種方案組合，方案組合的不同、采用動(dòng)補(bǔ)裝置類型的不同，都應(yīng)采用針對性的方法確定補(bǔ)償容量。一般在固定補(bǔ)償+動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)姆桨赶?，需要重點(diǎn)考慮固定補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償度。

3 SVG集中動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置的應(yīng)用

高速鐵路穿越山區(qū)，大量的用電點(diǎn)處于隧道內(nèi)，保養(yǎng)維護(hù)困難，電抗器容易出故障，適合采用在配電所內(nèi)裝設(shè)集中SVG補(bǔ)償裝置。石太高速鐵路就采用這一方式。在配電所調(diào)壓后母線段，通過斷路器接入SVG，成套配備相應(yīng)的控制和保護(hù)裝置，用以抵消無功電流，控制輸出系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高線路傳輸容量，改善電能質(zhì)量，調(diào)節(jié)功率因素在規(guī)定的范圍內(nèi)。補(bǔ)償容量按最不利情況考慮，即相鄰配電所停電，兩側(cè)的貫通線均由本所供電。

石太高鐵設(shè)置四座配電所，全線采用了兩種類型的SVG。安裝在房屋內(nèi)陽泉北配電所采用了鏈?zhǔn)絊VG，其他各所為箱式配電所，采用變壓器多重式SVG。鏈?zhǔn)絊VG占地面積大，要求房屋有足夠的空間安裝，變壓器多重式SVG占地相對較小，容易安裝在箱式配電所內(nèi)。

4 結(jié)束語

高速鐵路電力供電系統(tǒng)10kV長電纜線路的補(bǔ)償方式較多，應(yīng)根據(jù)線路實(shí)際情況綜合考慮。SVG有源補(bǔ)償可以實(shí)現(xiàn)雙向調(diào)節(jié)，既能補(bǔ)償容性也能補(bǔ)償感性電流，能適應(yīng)各種電網(wǎng)運(yùn)行方式和負(fù)荷狀況，沒有諧振可能，響應(yīng)速度快，是無功補(bǔ)償裝置發(fā)展方向，高速鐵路電力線路無功補(bǔ)償裝置可以首先考慮SVG補(bǔ)償裝置，在山區(qū)地帶首選SVG集中動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。

參考文獻(xiàn)

[1]夏焰坤，李群湛，鄒大云.一種基于有源濾波器的同相牽引供電系統(tǒng)方案[J].電網(wǎng)技術(shù)，2010，34（10）：132-134.

[2]李群湛.電氣化鐵路電能質(zhì)量分析與控制[M].西南交通大學(xué)出版社，2011.

[3]楊中平，吳命利.軌道交通電氣化概論[M].中國鐵道出版社，2013.

[4]于坤山，周勝軍，等.電氣化鐵路供電與電能質(zhì)量[M].中國電力出版社，2011.