VV接线牵引变电所无功补偿效果分析

预 留 ；2#（A 相）馈 线 1 600 kvar，其 支 架 按 2 000 kvar
预 留 ；可 调 电 抗 器（3DK）安 装 在 1# 馈 线 ，其 容 量 为
1 800 kvar。该工程竣工后，并补装置按安装容量投入
运行，但功率因数未能达标。接线如图 1 所示。
2.2 数据采集
使用仪表为电子电度表；采集周期为 24 h；采集时
2 实例分析
以西安铁路局管内某牵引变电所整所大修改造为 例，对无功补偿效果进行分析。该所位于单线电气化铁 路区段，牵引变压器为三相 V/V 接线，安装容量为（15＋ 10）MVA，15 MVA 供 1#馈 线 系 统（B 相），供 2 个 区 间 ， 10 MVA 供 2#馈线系统（A 相），供 1 个区间。供电局计费 在 110 kV 侧，采用电子式电度表。并补装置采用磁阀式 可调电抗器的动态无功补偿装置，电容器为分立式布置。 2.1 安装容量计算
2015 年 5 月 15 日 第 38 卷第 10 期
156
现代电子技术 Modern Electronics Technique
May 2015 Vol. 38 No. 10
V/V 接线牵引变电所无功补偿效果分析
王公社
（中铁西安勘察设计研究院有限责任公司，陕西 西安 710054）
摘 要：针对三相 V/V 接线变压器的牵引变电所大修改造工程，阐述了动态无功补偿装置的补偿效果。通过多种容量
（2）该所牵引馈线零负荷时间较长，由日实际列车运
158
现代电子技术
2015 年第 38 卷
行图可知，一天内全所零负荷间隔次数为 30 次，累计零负 荷时间为 12 h 左右，因而导致牵引负荷很不均匀。
图 1 并补装置接线示意图
增大装置容量。通过综合考虑，按方案一实施。 2.4.3 实施效果
根据并补装置滞后设计安装容量计算公式：
1 功率因素和无功补偿
1.1 电气化区段牵引负荷功率因数的特性 在非“和谐号”电力机车牵引线路上，其牵引负荷自
然功率因数较低，原因是电力机车（除和谐号机车外）采 用 单 相 交 ⁃ 直 流 传 动 系 统 ，另 外 牵 引 负 荷 具 有 随 机 波 动 大、非线性等特征，导致功率因数低。
收稿日期：2014⁃11⁃15
按照传统的计算公式如下：
Q安
=
(1
-
α)æç
è
UCH UM
2
ö÷· ø
P
æ ç
è
1 cos2 ϕ1
-
1
-
1 cos2 ϕ2
-
ö
1
÷ ø
1
1 -
q
（1）
式中：Q安 为安装容量（单位：kvar）；P 为平均有功功率， 取值 2 051 kW；cos ϕ1 为牵引变电所补偿前功率因数， 取 值 0.71；cos ϕ2 为 牵 引 变 电 所 补 偿 后 功 率 因 数 ，取 值 0.90；q 为 牵 引 变 电 所 无 电 概 率 ，取 值 0.682；α 为 补 偿
第 10 期
王公社：V/V 接线牵引变电所无功补偿效果分析
157
1.4 无功补偿现状 随 着“ 和 谐 号 ”交 ⁃直 ⁃交 电 力 机 车 的 投 入 使 用 ，牵 引
负荷自然功率因数明显提高，对应牵引变电所的功率因 数也大有改观，基本能够达到 0.9 以上要求。但在非“和 谐 号 ”机 车 牵 引 区 段 或 机 车 混 跑 区 段 ，牵 引 变 电 所 还 必 须设无功补偿装置才能满足对功率因数的要求。又据 了 解 ，由 于 电 力 部 门 不 断 更 新 计 量 手 段 ，新 使 用 的 计 量 表计考虑了谐波因素，这样即使在“和谐号”机车牵引区 段，牵引变电所功率因数也有所降低，有时也不能达标。
间约 1 个月（7 次）。通过现场多种组合测试，测试结果
பைடு நூலகம்
如表 1 所示。
表 1 现场多种组测试结果
测试时间 （1 个月）
/h
Δt1=24
并补装置运行方式
A相 电容 /kvar
B相 电容 /kvar
C 相可 调电抗器
/kvar
800
——
1 800
有功电度 （/ kW·h）
75 900
比例 1
无功电度 （/ kvar·h）
果达到了目标值。也同时得出三相 V/V 接线牵引变压器的变电所，其无功补偿装置和可调电抗器的补偿效果与其接入相别
无关、无功补偿装置其容量采用滞后计算方法是有效可行的。
关键词：V/V 接线；牵引变电所；无功补偿；效果分析
中图分类号：TN710⁃34
文献标识码：A
文章编号：1004⁃373X（2015）10⁃0156⁃03
相应的变化曲线如图 2 所示。由测试结果得知： （1）并电容拆除运行时，牵引变电所自然功率因数 为 0.742。 （2）没有使得功率因数能达到 0.9 的组合方式，最 高为 0.875。 （3） 从 系 统 吸 收 的 无 功 量 和 反 送 到 系 统 的 无 功 量 均偏大。 （4）无功动态补偿装置工作正常，控制器采样和判 据均无误。
Abstract：Aiming at the overhaul renovation project of traction substation for three⁃phase V/V connection transformer，the compensation effect of dynamic reactive power compensation device is expounded. With the various capacity combination modes， the site test was carried out，and influence on power factor and the main reason are analyzed. The problem existing in transfor⁃ mation of reactive power compensation device of traction substation is reasonably solved. A lag calculation method is used to de⁃ termine the relative capacity parameters of the reactive power compensation device and make the traction substation power factor meet the requirements. Through the scheme comparison and selection，the final result reached the target value. Also at the same time，the conclusions that the compensation effect of adjustable reactor and the reactive power compensation device is not relat⁃ ed to its access phase，and the lag calculation method for capacity of the reactive power compensation device is effective and fea⁃ sible.
Keywords：V/V connection；traction substation；reactive power compensation；effect analysis
铁路电力牵引负荷对供电系统造成的主要影响一 般体现在 3 个方面，即功率因数、负序和高次谐波。目 前，高次谐波产生的不利影响及对其应采取的治理措施 还处于探讨研究中，负序影响已在牵引供电系统设计中 采取相应措施，同时随着系统容量的增大而负序的影响 也逐渐减小。功率因数作为电力系统考核电气化铁路 用户的重要指标必须引起高度重视。
正向/比例 56 430/0.743
反向/比例 1 650/0.022
总计 58 080/0.765
cos ϕ 0.794
Δt2=24
1 600
——
1 800
81 510
1
52 470/0.644 1 980/0.024 54 450/0.668
0.831
Δt3=24
——
2 400
1 800
80 190
1
44 220/0.551 3 630/0.045 47 850/0.596
0.859
Δt4=24
——
2 800
1 800
76 890
1
38 280/0.498 6 600/0.086 44 880/0.584
0.863
Δt5=24
800
2 800
1 800
78 870
1
32 670/0.414 11 550/0.146 44 220/0.560
2.3 分析原因 通过了解收集当时的有关数据资料并结合测试结
果分析，造成该牵引变电所功率因数低的主要原因为： （1）该区段重车方向牵引 4 000 t 以上，为双机牵引，
负荷波动大。下行馈线包括两个区间，处于双面坡地段， 当两个区间都有列车并相向对开时，馈线电流可达 800 A 以上。上行馈线供一个区间，处于单面坡地段，上坡方向 馈线电流可达 500 A，下坡方向基本不取流。
容量 100 kvar），其支架按 3 200 kvar 预留，滤波电抗器
容量 410 kvar；27.5 kV B 相母线为 6 400 kva（r 4 串 4 并，
单台容量 400 kvar），其支架按 8 000 kvar 预留，滤波电
组 合 方 式 进 行 现 场 测 试 ，对 功 率 因 数 所 产 生 的 影 响 ，分 析 其 主 要 原 因 ，合 理 对 待 牵 引 变 电 所 无 功 补 偿 装 置 改 造 中 存 在 的 问
题，并采用滞后计算方法确定无功补偿装置相关容量参数，使牵引变电所功率因数满足要求。通过方案比选、实施，最终结
Analysis on reactive power compensation effect of traction substation for V/V connection
WANG Gong⁃she
（Xi’an Railway Survey and Design Institute Co.，Ltd.，CREC，Xi’an 710054，China）
度，取值为 0.13，主要考虑兼顾滤除部分 3 次、5 次谐波；
UCH 为电容器组额定电压，取值 33.6 kV；UM 为牵引变电 所母线电压，取值 29 kV。经计算，无功补偿装置需要
安装容量为 3 820 kvar，根据工程情况实际，电容器安装
容量为：1#（B 相）馈线 2 400 kvar ，其 支 架 按 2 800 kvar
1.2 功率因数降低产生的后果 功率因数降低，既造成牵引供电系统设备的能力不
能充分发挥，还对电力系统产生以下影响： （1）降低发电设备的效率，提高了运行成本； （2）影响输、变电设施的出力； （3）增加电力系统损耗； （4）增加输电系统中的电压损失，使用户电压质量
降低。 1.3 功率因数标准
依 据《全 国 供 用 电 规 则》，无 功 电 力 应 就 地 平 衡 ，防 止无功电力倒送。高压供电用户，其功率因数应在 0.90 以上。功率因数调整电费按国家有关政策规定执行。 电气化铁道牵引负荷计量在牵引变电所 110 kV 电源 侧 ，为 无 功“ 反 送 正 计 ”计 量 方 式 ，月 平 均 功 率 因 数 应 达 到 0.9 以上，实行高奖低罚。
Q
=
Q1
æç1 è
-
770 t0
ö
÷
ø
（2）
式中：Q 为安装容量（单位：kvar）；Q1 为系统输出的最大
无 功 功 率（单 位 ：kvar）；t0 为 供 电 臂 带 电 累 计 时 间（单
位：min）。
依 据 当 时 收 集 的 相 关 参 数 ，计 算 结 果 为 ：电 容 器 安
装容量：27.5 kV A 相母线为 2 800 kvar（4 串 7 并，单台
0.872
Δt6=24
1 600
2 400
1 800
87 120
1
32 670/0.375 15 510/0.178 48 180/0.553
0.875
Δt7=24
——
——
——
74 910
1
67 650/0.903
0/0
67 650/0.903
0.742
注：表中比例为日有、无功电度量与日有功率电度量的比值。