牵引变电所动态无功补偿方式研究
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第２ ６卷
第 ５期
甘肃科 技
Ｇａ ｓ ｃ ｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｕ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ）
ｌ２ ｆ ６ ｌ
１ａｒ ｉ ．
舶 ． ５
２０１ Ｏ
２１ ０ ０年 ３月
牵 引 变 电所 动 态 无 功 补 偿 方 式 研 究
刘 刚
（ 中铁第一勘察设计 院电化处 ， 陕西 西 安 ７ ０４ ） １０ ３ 摘 要 ： 国对功率因数低于 ０ ９ 我 ．０的 电力用户进 行罚款 ， 对此 ， 电气化铁路经济有效的方式是采用并联补偿 ， 而对于
引负荷具 有 功 率 因数 低 和谐 波 含 量 大 的特 点 。 因 此， 功率 因数低 、 谐波含 量大 和通过 牵 引变 电所 向电 力 系统注入 波动 的负序 电 流成为 电力 牵引 自身具有 的三 大问题 ， 不仅 使牵 引供 电系统 的技 术指标 变坏 ， 还使 电力 系统 的电能质量 受 到损 害 。 为 提 高 电力 系统 的容 量 利 用 率 和供 电质 量 ， 我 国对各 级 电网及 各类 电力 用户 功率 因数有 着 明确 的 规定 ， 采用经 济手段 进行 管理 ， 大宗工 业用户 经 并 将 济功率 因数定 为 ０ ９ ， ． ０ 高于 ０ ９ ．０奖励 ， 低于 ０ ９ ．０惩 罚 。提 高 电网与负 荷功 率 因数 最 实用 、 最经 济 的方 法 是采用 并联 电容 补偿 ， 也 是 电气 化 铁道 广 泛使 这
算 出负荷各 点 的无功 功率并将 之排列 ， 图 １所示 。 如
ｌ 补 偿 方 案
近 几年 ， 合 国外 的先 进技 术 ， 国电气化 铁道 结 我 牵引变 电所无 功补偿 与谐 波综合 治 理提 出 了多 种补
偿 方案 ， 无论 哪种方案 ， 是力求 基 波下补 偿牵 引负 都 荷 的感性无 功 功率 ， 高 功率 因数 ， 低 负序 ， 构 提 降 并
用的方法 。
２ 牵 引变 电所 补 偿方 案 分 析
现 以某 牵 引变 电所 实际参 数和实 测数据 为基础 进 行补 偿 方 案 效 果 仿 真 ， 变 电所 其 进 线 电 压 为 该 １０ Ｖ， 引变 压器采 用 阻抗 匹配 平 衡变 压器 ， 量 １ｋ 牵 容
为 １ ＭＶ ６ Ａ。
（） ６ 固定滤 波 器 （ Ｃ Ｆ ）＋电容 器 （ Ｃ Ｔ ）＋电抗 器
载概 率约为 ３ ．％ ， 过 近似 计算 和反 复 比较 可 知 ４４ 通 ａ相最 佳 固定 补 偿容 量为 ６ ｋａ， ５ ｖｒｂ相最佳 固定 补偿
容 量为 ｌ０ ｋ ａ， Ｏ ０ ｖｒ补偿 效果见 表 １ 。
表 １ 固定 补 偿 效 果
ａ相 无 功 功 率 排 列 ｂ相无 功 功 率 排 Ｕ
成 有效 的滤波通 路 ， 除 （ 抵 消 ） 滤 或 指定 谐 波 。主 要
方案 有 ：
图 １ 负 荷 无 功功 率 曲线
由图 ｌ 可知 ａ相 空 载概 率 约 为 ４ ． ％ ， 空 ５ ８ ｂ相
（） １ 安装固定电容器和电抗器组成 单调谐滤波器。 （） ２ 分组 或真空 断路 器投 切 电容器 。 （） ３ 固定 滤波器 ＋晶 闸 管调 节 电抗器 （ Ｃ 或 Ｔ Ｒ） 固定滤 波器 ＋晶 闸管 调节 变压 器 （ Ｃ ） ＴＴ 。 （） ４ 晶闸管 投切 电容器 （ Ｓ ） ＴＣ 。 （） ５ 固定滤 波器 ＋可控 饱 和电抗 器 。
电力牵 引负荷 波 动 范 围很 大 ， 般 机 车 电 流很 一
（ Ｌ 调压 。 Ｔ） （ ） 源补偿 器 。 ７有
难保持 ３ ｓ ０ 平稳 不 变 ， 时 还 会 在更 短 的 时 问发 生 有 更 突然 的变化 ， 得 日平 均 负荷 与最 大 负荷 相 差 很 使
大 。同时 ， 现在 国 内普遍 采用 交 一直 型机车 ， 这使 牵
似负 荷 ， 无功补偿度 最大只 能达 到 ０５， 时 空载概 ． 此 率为 ０ 空 载 概率 在 ２％ 左 右 时 ， 功 补偿 度约 为 ； ５ 无
０２ ； ．２ 空载概 率 大 于 ３ ． ％ 时 ， 功 补 偿 度 已小 于 ７５ 无 ０ ０ ， 时补偿效果 已相 当的不 明显 ， ．８ 这 当空 载概率 等
补偿前功率 因数
ａ 相
０． ８ ７ ７ ７
补偿后功率因数
ａ 相
０ ７９ ．８ ０
ｂ相
０ ７ ６ ．８ ２
ｂ相
０ ８２ ． １２
５ ２
甘
肃
科
技
第２ ６卷
由表 １ 以得 出 固定补 偿效 果 不是 很 明显 ， 可 不 能满足要功 率 因数提 高 到 ０ ９的要 求 ， 须 进行 可 ． 必
电力部门采用 的反送正计 的计量 方式 ， 固定无功补偿 方式 已经 满足不 了要 求 ， 需采用 动态补偿方案 ， 而动态Baidu Nhomakorabea 偿方
案 的 确 定 需根 据 牵 引负 荷 的 特 点 来 最 终 确 定 。
关键词 ： 牵引变电所 ； 功率 因数 ； 动态无 功补偿
中图分类号：２３５ Ｕ ２ ． ＋３
２ １ 固定补 偿方 案 ． 对 于固定 并联 补 偿 在 “ 送 正 计 ” 返 的计 量 方 式
下存 在一 个最佳 容 量 配 置点 ， 可使 固定 补偿 达 到 最
佳状 态 。对 于 某 一 确定 的负 荷过 程 曲线 ， 返 送 正 “
计 ” 固定 补偿 最佳 容 量配 置点 完 全可 以通 过计 算 时 机编程 得 到 该 变 电所 的 实 际测 试 数 据 ， 以计 ５ 可
调 补偿 的设计 。 文献理 论计 算表 明在反 送 正计 方式 下 ， 照 近 按
支路 （ Ｃ 和可 调 电抗 支 路 （ Ｌ 用 于 调 节无 功 ， Ｔ） Ｔ） 由
变 电所 无 功负 荷状 况 决 定采 用 Ｔ Ｃ或 Ｔ Ｌ或两 者 同
时采用 。对于谐 波不是 非常严重而 以提高功率 因数 为主 的变 电所 ， 可 以在此 方案基础上进一 步简化 ， 还
第 ５期
甘肃科 技
Ｇａ ｓ ｃ ｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｕ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ）
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１ａｒ ｉ ．
舶 ． ５
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２１ ０ ０年 ３月
牵 引 变 电所 动 态 无 功 补 偿 方 式 研 究
刘 刚
（ 中铁第一勘察设计 院电化处 ， 陕西 西 安 ７ ０４ ） １０ ３ 摘 要 ： 国对功率因数低于 ０ ９ 我 ．０的 电力用户进 行罚款 ， 对此 ， 电气化铁路经济有效的方式是采用并联补偿 ， 而对于
引负荷具 有 功 率 因数 低 和谐 波 含 量 大 的特 点 。 因 此， 功率 因数低 、 谐波含 量大 和通过 牵 引变 电所 向电 力 系统注入 波动 的负序 电 流成为 电力 牵引 自身具有 的三 大问题 ， 不仅 使牵 引供 电系统 的技 术指标 变坏 ， 还使 电力 系统 的电能质量 受 到损 害 。 为 提 高 电力 系统 的容 量 利 用 率 和供 电质 量 ， 我 国对各 级 电网及 各类 电力 用户 功率 因数有 着 明确 的 规定 ， 采用经 济手段 进行 管理 ， 大宗工 业用户 经 并 将 济功率 因数定 为 ０ ９ ， ． ０ 高于 ０ ９ ．０奖励 ， 低于 ０ ９ ．０惩 罚 。提 高 电网与负 荷功 率 因数 最 实用 、 最经 济 的方 法 是采用 并联 电容 补偿 ， 也 是 电气 化 铁道 广 泛使 这
算 出负荷各 点 的无功 功率并将 之排列 ， 图 １所示 。 如
ｌ 补 偿 方 案
近 几年 ， 合 国外 的先 进技 术 ， 国电气化 铁道 结 我 牵引变 电所无 功补偿 与谐 波综合 治 理提 出 了多 种补
偿 方案 ， 无论 哪种方案 ， 是力求 基 波下补 偿牵 引负 都 荷 的感性无 功 功率 ， 高 功率 因数 ， 低 负序 ， 构 提 降 并
用的方法 。
２ 牵 引变 电所 补 偿方 案 分 析
现 以某 牵 引变 电所 实际参 数和实 测数据 为基础 进 行补 偿 方 案 效 果 仿 真 ， 变 电所 其 进 线 电 压 为 该 １０ Ｖ， 引变 压器采 用 阻抗 匹配 平 衡变 压器 ， 量 １ｋ 牵 容
为 １ ＭＶ ６ Ａ。
（） ６ 固定滤 波 器 （ Ｃ Ｆ ）＋电容 器 （ Ｃ Ｔ ）＋电抗 器
载概 率约为 ３ ．％ ， 过 近似 计算 和反 复 比较 可 知 ４４ 通 ａ相最 佳 固定 补 偿容 量为 ６ ｋａ， ５ ｖｒｂ相最佳 固定 补偿
容 量为 ｌ０ ｋ ａ， Ｏ ０ ｖｒ补偿 效果见 表 １ 。
表 １ 固定 补 偿 效 果
ａ相 无 功 功 率 排 列 ｂ相无 功 功 率 排 Ｕ
成 有效 的滤波通 路 ， 除 （ 抵 消 ） 滤 或 指定 谐 波 。主 要
方案 有 ：
图 １ 负 荷 无 功功 率 曲线
由图 ｌ 可知 ａ相 空 载概 率 约 为 ４ ． ％ ， 空 ５ ８ ｂ相
（） １ 安装固定电容器和电抗器组成 单调谐滤波器。 （） ２ 分组 或真空 断路 器投 切 电容器 。 （） ３ 固定 滤波器 ＋晶 闸 管调 节 电抗器 （ Ｃ 或 Ｔ Ｒ） 固定滤 波器 ＋晶 闸管 调节 变压 器 （ Ｃ ） ＴＴ 。 （） ４ 晶闸管 投切 电容器 （ Ｓ ） ＴＣ 。 （） ５ 固定滤 波器 ＋可控 饱 和电抗 器 。
电力牵 引负荷 波 动 范 围很 大 ， 般 机 车 电 流很 一
（ Ｌ 调压 。 Ｔ） （ ） 源补偿 器 。 ７有
难保持 ３ ｓ ０ 平稳 不 变 ， 时 还 会 在更 短 的 时 问发 生 有 更 突然 的变化 ， 得 日平 均 负荷 与最 大 负荷 相 差 很 使
大 。同时 ， 现在 国 内普遍 采用 交 一直 型机车 ， 这使 牵
似负 荷 ， 无功补偿度 最大只 能达 到 ０５， 时 空载概 ． 此 率为 ０ 空 载 概率 在 ２％ 左 右 时 ， 功 补偿 度约 为 ； ５ 无
０２ ； ．２ 空载概 率 大 于 ３ ． ％ 时 ， 功 补 偿 度 已小 于 ７５ 无 ０ ０ ， 时补偿效果 已相 当的不 明显 ， ．８ 这 当空 载概率 等
补偿前功率 因数
ａ 相
０． ８ ７ ７ ７
补偿后功率因数
ａ 相
０ ７９ ．８ ０
ｂ相
０ ７ ６ ．８ ２
ｂ相
０ ８２ ． １２
５ ２
甘
肃
科
技
第２ ６卷
由表 １ 以得 出 固定补 偿效 果 不是 很 明显 ， 可 不 能满足要功 率 因数提 高 到 ０ ９的要 求 ， 须 进行 可 ． 必
电力部门采用 的反送正计 的计量 方式 ， 固定无功补偿 方式 已经 满足不 了要 求 ， 需采用 动态补偿方案 ， 而动态Baidu Nhomakorabea 偿方
案 的 确 定 需根 据 牵 引负 荷 的 特 点 来 最 终 确 定 。
关键词 ： 牵引变电所 ； 功率 因数 ； 动态无 功补偿
中图分类号：２３５ Ｕ ２ ． ＋３
２ １ 固定补 偿方 案 ． 对 于固定 并联 补 偿 在 “ 送 正 计 ” 返 的计 量 方 式
下存 在一 个最佳 容 量 配 置点 ， 可使 固定 补偿 达 到 最
佳状 态 。对 于 某 一 确定 的负 荷过 程 曲线 ， 返 送 正 “
计 ” 固定 补偿 最佳 容 量配 置点 完 全可 以通 过计 算 时 机编程 得 到 该 变 电所 的 实 际测 试 数 据 ， 以计 ５ 可
调 补偿 的设计 。 文献理 论计 算表 明在反 送 正计 方式 下 ， 照 近 按
支路 （ Ｃ 和可 调 电抗 支 路 （ Ｌ 用 于 调 节无 功 ， Ｔ） Ｔ） 由
变 电所 无 功负 荷状 况 决 定采 用 Ｔ Ｃ或 Ｔ Ｌ或两 者 同
时采用 。对于谐 波不是 非常严重而 以提高功率 因数 为主 的变 电所 ， 可 以在此 方案基础上进一 步简化 ， 还