鐵路電力貫通線路動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償方案的研究

孫元新　上海鐵路局杭州供電段

1　研究背景

隨著我國鐵路的快速發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)水平提高，在鐵路電力貫通線路本身的遷改、地方城市化進(jìn)程以及鐵路沿線的環(huán)境改造中，常采用電力電纜取代電力架空線路，使得鐵路電力貫通線路的電力電纜、架空電力線路的比例在動(dòng)態(tài)變化，而鐵路電力貫通線路的用電負(fù)荷較小，變化量不大，負(fù)荷和架空電力線路產(chǎn)生的感性電流往往遠(yuǎn)小于電力電纜線路產(chǎn)生的容性電流，電力貫通線路整體呈現(xiàn)容性，且其容性電流隨電力電纜、架空電力線路的比例而動(dòng)態(tài)變化，而容性電流又會(huì)給鐵路電力貫通線路供電帶來較大的危害。一是線路容性電流的增加，造成無功負(fù)荷過大、線損增加。二是易造成貫通調(diào)壓器過負(fù)荷，使貫通調(diào)壓器過熱，降低貫通調(diào)壓器的使用壽命甚至燒毀。三是造成線路末端電壓抬升，影響供電質(zhì)量，線路上易產(chǎn)生過電壓，影響設(shè)備安全和供電可靠性。因此，必須對(duì)鐵路電力貫通線路上產(chǎn)生的容性電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，切實(shí)保證鐵路電力貫通線路供電的安全性和可靠性。

2　既有無功補(bǔ)償方式的比較

由于電力電纜在鐵路電力貫通線路的廣泛應(yīng)用，其產(chǎn)生的容性電流具有較大的危害，引起了各方重視，目前鐵路電力貫通線路的無功補(bǔ)償方式主要有以下兩種方式。

2.1　線路固定感性無功補(bǔ)償方式

在鐵路電力貫通線上經(jīng)過負(fù)荷（隔離）開關(guān)或跌落式令克T接單臺(tái)或多臺(tái)容量適宜的電抗器來補(bǔ)償線路上的容性無功。該方式安裝簡便，費(fèi)用較低，但難以滿足鐵路電力貫通線的動(dòng)態(tài)調(diào)整無功補(bǔ)償量要求，固定電抗器補(bǔ)償度大，存在過補(bǔ)和電壓控制困難；補(bǔ)償度太低，又無法補(bǔ)償線路的充電功率，達(dá)不到補(bǔ)償效果。特別是在鐵路貫通線路運(yùn)行方式改變時(shí)易產(chǎn)生過補(bǔ)或欠補(bǔ)，影響鐵路供電設(shè)備運(yùn)行安全。

2.2　所內(nèi)動(dòng)態(tài)感性無功補(bǔ)償方式

在鐵路變配電所的貫通母線上經(jīng)斷路器T接1套容量較大的感性無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置來補(bǔ)償整段貫通母線段上的容性無功。該方式可動(dòng)態(tài)調(diào)整感性無功補(bǔ)償量，但需要在配電所貫通母線上增加一路饋出，受場地限制較大，費(fèi)用較高，且一般情況下，所內(nèi)的感性無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置設(shè)置在10kV母線段，主要功能是補(bǔ)償整路電源的容性無功，從而提高整路電源的功率因數(shù)和供電質(zhì)量，減少力率罰款。

因此，有必要對(duì)鐵路電力貫通線路動(dòng)態(tài)感性無功補(bǔ)償方案進(jìn)行研究，充分吸收既有的兩種補(bǔ)償方式的優(yōu)點(diǎn)，減少或消除其缺點(diǎn)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測鐵路電力貫通線路的參數(shù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整感性無功補(bǔ)償量，有效的抑止操作過電壓和工頻過電壓，提高貫通調(diào)壓器的輸送能力，降低輸電損耗，提高鐵路供電安全性和可靠性。

3　線路動(dòng)態(tài)感性無功補(bǔ)償方案

3.1　鐵路電力貫通線路容性電流的分析

鐵路電力貫通線路沿鐵路呈帶狀分布，其電力電纜線路產(chǎn)生較大的容性電流、架空電力線路和用電負(fù)荷產(chǎn)生少量的感性電流，從鐵路電力貫通線路的末端開始到配電所的供電首端，其容性電流逐步增大。

圖1　鐵路電力貫通線路供電示意圖

如圖1所示，正常情況下，鐵路電力貫通線可由甲配電所主供整條供電臂，乙配電所備供；當(dāng)甲配電所設(shè)備檢修或故障時(shí)，可改由乙配電所主供整條供電臂；當(dāng)線路設(shè)備檢修或故障時(shí)，可通過線路開關(guān)進(jìn)行開口運(yùn)行，由甲配電所和乙配電所分段供電。

因此，鐵路電力貫通線路容性電流的大小及方向隨著供電方式的變化而變化。

3.2　線路動(dòng)態(tài)感性無功補(bǔ)償裝置的工作原理

電抗器本體方面，可采用目前各鐵路變配電所所內(nèi)使用的磁控電抗器，利用磁閥控制的自動(dòng)無功調(diào)整裝置技術(shù)方案，利用附加直流勵(lì)磁磁化鐵心，通過調(diào)節(jié)磁控電抗器的磁飽和度，實(shí)現(xiàn)電抗值的連續(xù)可調(diào)，改變其輸出的感性無功功率。

分析控制系統(tǒng)方面，針對(duì)鐵路電力貫通線路的多種實(shí)際運(yùn)行方式，可采用高壓的電壓互感器及電流互感器來在線監(jiān)測鐵路電力貫通線路的運(yùn)行動(dòng)態(tài)參數(shù)，利用工業(yè)單片機(jī)對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，按設(shè)計(jì)程序輸出控制信號(hào)給電抗器，改變其輸出的感性無功功率，實(shí)現(xiàn)線路感性無功的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

3.3　線路動(dòng)態(tài)感性無功補(bǔ)償裝置的總體結(jié)構(gòu)

線路動(dòng)態(tài)感性無功補(bǔ)償裝置的總體結(jié)構(gòu)可由電抗器、控制器、電流互感器、電壓互感器、負(fù)荷開關(guān)、高壓熔斷器等部分組成，如圖2所示。

圖2　線路動(dòng)態(tài)感性無功補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)圖

3.4　線路動(dòng)態(tài)感性無功補(bǔ)償裝置的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

如圖2所示，通過調(diào)整運(yùn)行方式，利用線路動(dòng)態(tài)感性無功補(bǔ)償裝置內(nèi)的電壓互感器YH和電流互感器LH1可以分別測出該裝置至甲、乙配電所之間的無功功率。當(dāng)甲配電所主供整條供電臂，乙配電所備供時(shí)，可以測量到該裝置至乙配電所間的無功功率Q1；當(dāng)乙配電所主供整條供電臂，甲配電所備供時(shí)，可以測量到該裝置至甲配電所間的無功功率Q2。

無論甲、乙配電所供電方式如何變化，只要不將線路動(dòng)態(tài)感性無功補(bǔ)償裝置退出運(yùn)行，均可根據(jù)線路動(dòng)態(tài)感性無功補(bǔ)償裝置內(nèi)LH1采集到的電流方向，將該裝置至乙配電所間的無功功率Q1或該裝置至甲配電所間的無功功率Q2作為固定的無功補(bǔ)償量，同時(shí)將LH1采集到的容性電流作為動(dòng)態(tài)的無功補(bǔ)償需量Q3，按設(shè)計(jì)程序輸出控制信號(hào)給電抗器，利用磁閥控制原理，讓其輸出Q1+Q3或Q2+Q3的感性無功功率，從而真正實(shí)現(xiàn)鐵路電力貫通線路感性無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

4結(jié)束語

本文通過對(duì)鐵路電力貫通線路無功補(bǔ)償?shù)男枨蠓治觯浞旨橙×思扔械木€路固定感性無功補(bǔ)償方式和所內(nèi)動(dòng)態(tài)感性無功補(bǔ)償方式的優(yōu)點(diǎn)，研究制定了1套線路動(dòng)態(tài)感性無功補(bǔ)償方案，通過對(duì)鐵路電力貫通線路運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測，采用固定補(bǔ)償加動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)姆绞?，利用磁閥控制原理對(duì)磁控電抗器進(jìn)行連續(xù)平滑的進(jìn)行調(diào)整，提高功率因數(shù)，降低線路損耗，抑制線路過電壓，杜絕電壓諧振，減少電力線路因過電壓造成的故障，保障鐵路供電設(shè)備的安全性和可靠性。該方案費(fèi)用適中，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，可以推廣到類似的電力貫通線路中。

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