淺析補(bǔ)償裝置對(duì)10kV電力供電系統(tǒng)供電質(zhì)量提高的重要性

王銀龍

【摘 要】本文通過對(duì)我國高速鐵路（客運(yùn)專線）電力供電系統(tǒng)損耗和供電質(zhì)量進(jìn)行分析，提出補(bǔ)償裝置的合理運(yùn)用對(duì)提高供電質(zhì)量起到的重要作用。

【關(guān)鍵詞】補(bǔ)償裝置；功率因數(shù)

1.引言

我國鐵路電力供電系統(tǒng)為除列車牽引供電以外的鐵路設(shè)施供電，統(tǒng)通常采用以電纜為主的形式從地方變電站接引兩回路10kV電源，通過鐵路配電所向鐵路車站、區(qū)間的信號(hào)、綜合用電設(shè)備供電。為保證供電安全性與可靠性，解決長距離、輕負(fù)荷的區(qū)間貫通線供電質(zhì)量，通常結(jié)合沿線信號(hào)中繼站箱式變電站設(shè)置并聯(lián)電抗器補(bǔ)償并在配電所利用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置綜合進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?，?dòng)態(tài)維持系統(tǒng)的無功平衡，提高供電質(zhì)量。

2、電纜線路對(duì)電壓、電流的影響及解決方案

目前高速鐵路電力系統(tǒng)基本全線采用10kV交聯(lián)單芯電纜貫通線，由兩端10kV配電所經(jīng)調(diào)壓器為沿線通信基站、信號(hào)中繼站等負(fù)荷供電。以我國第一條高寒地區(qū)高速鐵路哈大客專為例，典型10kV配電所供電主接線圖：

因采用單芯全電纜貫通線，導(dǎo)致電纜線路工作電流容性大，鐵路貫通線負(fù)荷小，區(qū)間供電點(diǎn)的變壓器容量為5-50kVA，電纜電流在長電纜線路中產(chǎn)生末端電壓升高，并且線路中電流由于電纜充電產(chǎn)生的容性電流也相應(yīng)提高，容性無功量大，導(dǎo)致供電系統(tǒng)功率因數(shù)降低，功率因數(shù)的降低不僅影響電能質(zhì)量，而且會(huì)產(chǎn)生大量諧波，進(jìn)而影響供電系統(tǒng)的可靠性。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與理論探討得出：哈大客專貫通線1*70mm 2的電纜每公里容性電流為0.35A；1*95mm2的電纜每公里容性電流為0.4A。哈大客專普蘭店至瓦房店區(qū)間長度為37km，此區(qū)間產(chǎn)生容性電流約12.9-14A，為了保證線路供電質(zhì)量，在線路中設(shè)置了電抗器

根據(jù)實(shí)際測(cè)量，在不同情況下錄得數(shù)據(jù)為：當(dāng)普蘭店至瓦房店區(qū)間貫通線空載時(shí)，線路不投入并聯(lián)電抗器時(shí)，貫通線末端電壓抬升最大，抬升約9%-10%，電流亦增加12.9-14A；貫通線路投入負(fù)載后，不投入電抗器，末端電壓依然抬升，較首端抬升約6%-8%，電流增加10-12A，數(shù)據(jù)差異的原因?yàn)樨?fù)載電流呈感性，抵消了部分電纜容性電流。

表2

根據(jù)上述數(shù)據(jù)顯示如果線路帶電情況下，投入相應(yīng)的電抗器可抵消電纜產(chǎn)生的容性電流，保證線路空載時(shí)供電質(zhì)量與安全可靠。

為保證貫通線運(yùn)行空載和帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的電能質(zhì)量，在貫通線中根據(jù)線路長度設(shè)置并聯(lián)電抗器，抑制長電纜線路電壓抬升及電纜產(chǎn)生的容性電流，具體投入電抗器的數(shù)量及容量根據(jù)線路負(fù)荷的情況而定。在線路兩配電所之間設(shè)置并聯(lián)電抗器能較好的控制線路電壓，并將并聯(lián)電抗器的投切納入電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，以保證空載和負(fù)荷投入期間的電壓、電流及供電質(zhì)量，設(shè)備正常運(yùn)行。

3、無功的補(bǔ)償

哈客專電力線路全部由單芯電力電纜敷設(shè)完成，故電力線路呈現(xiàn)容性，而鐵路用電設(shè)備多為照明、電機(jī)和電子類，多呈感性，且容量大小處于不定狀態(tài)，貫通線空載時(shí)向地方電網(wǎng)返送的容性無功量大，貫通線路有負(fù)載時(shí)較空載返送容性無功量小。

貫通線上的固定電抗器能補(bǔ)償部分容性無功，但固定電抗器容量不可調(diào)，補(bǔ)償不能完全匹配，存在過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償?shù)那闆r，無法滿足功率因數(shù)的補(bǔ)償精度要求，同時(shí)考慮一組固定電抗器檢修或損壞時(shí)，保證鐵路正常供電質(zhì)量，在動(dòng)補(bǔ)裝置中設(shè)了兩組一定容量的電抗器。

基于上述要求，為保證鐵路配電所電源供電質(zhì)量，在配電所增加了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，要求電源的功率因素補(bǔ)償至0.9-1之間。哈大客專全線電力系統(tǒng)在配電所母線上設(shè)置高壓TSC/L雙向動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置，該設(shè)備采用全數(shù)字化智能控制系統(tǒng)，響應(yīng)時(shí)間短，對(duì)系統(tǒng)電壓、無功的變化情況，自動(dòng)跟蹤，動(dòng)態(tài)投切補(bǔ)償。當(dāng)功率因數(shù)絕對(duì)值高于設(shè)定值時(shí)，動(dòng)補(bǔ)不投入或自動(dòng)退出運(yùn)行，功率因數(shù)絕對(duì)值低于設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)電壓、無功的變化情況，實(shí)現(xiàn)脈沖的發(fā)生和分配功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，平滑補(bǔ)償功率因數(shù)至要求的范圍，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，節(jié)能效果明顯。

對(duì)于雙向動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，電抗器輸出的是感性無功，不要補(bǔ)償系統(tǒng)容性無功，TSC可控硅動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置輸出容性無功，TSC/L感性無功與容性無功相結(jié)合綜合調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)雙向補(bǔ)償，能很好的滿足各種工況下的無功補(bǔ)償需要。

4、結(jié)語

通過對(duì)10kV供電線路容性和感性的實(shí)際測(cè)量與論證，相應(yīng)地投入補(bǔ)償裝置，對(duì)供電質(zhì)量的提高很有效，同時(shí)提高了安全與可靠性。高速鐵路技術(shù)的發(fā)展已日趨成熟，因此對(duì)鐵路供電系統(tǒng)中無功補(bǔ)償技術(shù)的要求也會(huì)越來越高，科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，必將有更多更好的無功補(bǔ)償技術(shù)被廣泛應(yīng)用于高速鐵路供電系統(tǒng)中，讓我們的鐵路供電系統(tǒng)更安全、更可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》TB 10621—2009

[2]張利生.電網(wǎng)無功控制與無功補(bǔ)償.北京：中國電力出版社，2012.

（作者單位：中鐵物貿(mào)集團(tuán)有限公司軌道集成分公司）