浅谈牵引供电系统的无功补偿

浅谈牵引供电系统的无功补偿
作者：王春燕
来源：《教育界·上旬》2014年第04期
【摘要】通过分析了牵引供电系统中无功的危害和无功的补偿原理，阐述了牵引供电系统中无功补偿的重要意义。

【关键词】牵引供电系统无功补偿
1 概述
在电力生产中，发电机输出的功率有两种，一种是有功功率，另一种是无功功率。

而在交流电能输送和使用过程中，用于转换成机械能、热能、光能等的那部分能量叫做有功功率；用于电路内电场与磁场交换的那部分能量叫做无功功率。

由于电力的生产和使用是同时完成的，所以应该把电能传输和电力负荷联系起来分析。

电力网的负荷一般分为三种，即电阻性、电感生和电容性负荷。

通常电阻性负荷又称为有功负荷，所消耗的功率叫做有功功率；电感性负荷、电容性负荷称为无功负荷，电感性负荷储存能量的时候，恰好是电容性负荷放出能量的时候，而电感性负荷放出能量的时候，恰好是电容性负荷储存能量之时。

在一个变化的周期中，能量也是送出两次，收回两次，能量仅被用来进行交换而没被负荷消耗掉，反应的是能量互换的规模，规模的大小可用无功负荷来表示。

2 无功的危害
牵引供电系统主要由牵引变电所和接触网组成，而用户是电力机车或电动车组，牵引变电所主要由感性的牵引变压器组成。

那么由这个系统所组成的供电网络，主要还是以呈现感性为主，所以使得整个系统的功率因数较低。

当牵引供电系统的功率因数偏低时，供电系统除了供给有功功率外，还供给一定数量的无功功率，常常造成了以下的影响。

2.1 增加线路负担
降低发电机组的输出能力和输变电设备的供电能力，使电气设备的利用率大大降低，随之而来的是伴随着成本的提升。

也就是说，当输送的总功率不变的情况下，输送的有功功率减少了。

2.2 增加线路损耗
实践证明：当电流流过牵引供电系统时，产生的有功功率的损失与功率因数的平方成反比，因此，当功率因数降低的时候，使得有功功率的损失也大大地增加了。

2.3 线路末端电压降低（感性无功负荷）
电力系统中当要输送规定的有功功率的情况下，相应的总功率就要随之增大，于是电流也随之增大，电流和电压之间成正比关系，所以输电线上的电压损失也要增大，那么末端的电压水平就会降低。

3 电容无功补偿的原理
提高牵引供电系统的功率因数不但对电力系统的经济运行有极其重要的意义，而且对于降低电气化铁道系统的总体运营成本也起到了不可估量的作用。

目前常采用的措施主要有提高自然功率因数的方法，也就是不添加任何附加的补偿设备，采用降低用电设备自身的无功功率以改善其功率因数的方法，比如说改善牵引网的阻抗特性，合理选择变压器的容量，对于用户来说，提高电力机车自身的功率因数也起到了一定的作用。

另一个方法是人工补偿提高功率因数，那么在牵引供电系统中通常采用在牵引变电所牵引侧并联电容器补偿装置，同时并联电容补偿装置也可滤3次谐波。

谐波可附加谐波损耗，降低了发电、传输及用电设备的效率，影响用电设备的正常工作，导致继电保护故障和自动装置的误动作等等。

总的说来牵引变电所无功补偿的意义集中体现在功率因数、电压波动、谐波和负序问题四个方面上。

目前在高速电气化铁路的牵引供电系统里也多采用此补偿方式。

原理：
（a）图为补偿原理的电路图，在牵引负荷的两端并联了电容补偿装置。

（b）图为等效电路图，从（c、d）图的分析中可以看出补偿前后总电流发生了变化，补偿后的总电流小于补偿前的总电流；而且其功率因数角发生了变化，变小了，那么其功率因数变大了。

（c）图中的向量分析显示：当牵引负荷末端电压不变的情况了，电压有一定程度降低，从某种意义上以为这电力系统的电压可以在一定范围内变化，从而使电力系统的电压质量有了一定的改善。

（d）图中的向量分析显示：当牵引供电系统的端电压不变的情况下，牵引负荷的末端电压增加了，这说明通过并联此补偿装置，牵引变电所牵引侧母线电压增加了，也就意味着给通过牵引网输电线路的损耗到达机车末端的电压水平也提高了，输电线的电压损失降低了。

4 电容无功补偿的形式
常用装置的主要体现在：MCR——磁控电抗器、有载调压型、TSC——晶闸管投切电容、TCR——晶闸管相控电抗器。

目前高速电气化铁道牵引供电系统中晶闸管投切电抗器和晶闸管相控电抗器的使用中都能很好的补偿无功，提高功率因数，达到了预期的效果。

5 总结
牵引供电系统是一个集输电、变配电和用电设备组成的系统，要想能够很好的满足为电动车组供电的要求，要求各个系统之间很好的配合。

为了提高系统的效率、稳定性和供电质量，除了采取有效的供电的方式外，其中重要的一块就是进行无功补偿，而无功补偿的好坏直接影响着整个牵引供电系统的运行经济指标，在当今电力资源十分宝贵的今天，是十分重要的。

【参考文献】
[1]杨玉非编. 电气化铁道牵引供电系统.
[2]廖苗. 变电所补偿电容的原理与作用.。