电力牵引供电系统课设

电力牵引供电系统课程设计

专业：电气工程及其自动化

班级：电气1103

姓名：

学号：

指导教师：

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2014 年7月14日

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1 设计原始题目

1.1 具体题目

分析比较牵引变电所固定电容补偿的方法及补偿容量计算。（变电所容量为50MV A ，功率因数为0.6。）

1.2 要完成的内容

对牵引变电所固定电容补偿的方法进行分析比较并得出容量的计算方法，根据题目中的假设条件进行补偿容量的具体计算。

2 设计课题的计算与分析

2.1 电容补偿

电容补偿就是无功补偿或者功率因数补偿。电力系统的用电设备在使用时会产生无功功率，而且通常是电感性的，它会使电源的容量使用效率降低，而通过在系统中适当地增加电容的方式就可以得以改善。

根据线路运行的情况作相应投入或切除电容量的调整的补偿方式称为自动补偿。

不根据线路运行的情况直接决定投入固定的电容量的补偿方式称为固定补偿。

2.2 固定电容补偿的方法

2.2.1 并联补偿

（1）并联补偿的原理

①无功补偿方面

图2.1为补偿前后的向量图。图中U 为电网电压, I 和I '为电网输入电流，Z

I 为牵引负荷电流。在无电容补偿的情况下电网输入电流为Z

I I =。不考虑损耗时，I 可分为有功电流R I 和无功电流L I 两个分量, R I 与电压U 同相位, L

I 比电压向量U 滞后°90，所以总电流向量I 滞后于电压向量一个角度ϕ(ϕ又叫功率因数角 )。当系统感性阻值较大时，功率因数角很大，影响电网性能 。

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改善这一性能的方法是将电容器（组）并联接于感性负荷回路中（如图２.２

所示），此时电网电流I '为C Z I I +。电容器回路将产生按正弦交变的容性电流C

I ，超前于电压向量U 为 90°, 在向量方向上与L

I 恰好相反，从而可以抵消（补偿）一部分感性电流。在图2.1中L I 变为L

I '，电网输入电流I 变为I '，功率因数角ϕ变小为'ϕ, 则功率因数ϕcos 提高 。

当C

I 等于L I 时，称为全补偿。此时无功电流L I 为零，ϕ角为零，则功率因数ϕcos 提高为1。此时，电网输入电流I 等于R I 。

并非功率因数越高越好。ϕcos 过高即无功过低会减少系统的无功裕量，影响发电机的稳态稳定性。而且如果将功率因数补偿的过高，在超过0.95以后，每增加一点功率因数，补偿容量将大幅增加，但是带来的线损的降低不明显，所以一般目标功率因数在0.95左右即可满足。

图2.1 并联补偿向量图 图2.2 并联补偿接线图

②电压损失方面

通过补偿无功功率减小电压损失。如公式2.1。

N

-U X Q Q PR U C ）（+=∆ （2.1） 具体说明见下公式2.2。

（2）并联补偿的分类

根据电容补偿装置在牵引变电所内的安装部位，并联电容补偿装置有以下三种安装方案：

①牵引侧滞后相集中补偿

②牵引侧两相等容量补偿

③牵引侧两相不等容量补偿

这三种方案要根据电气化铁道的具体情况，进过经济技术比较后选用。

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一般考虑以下几点：

①改善负序的影响及滤波的好坏。

②提高三相功率因数的平衡程度。

③降低牵引变压器的电能损失。

综合考虑补偿和滤波的效果，优先采用两项补偿（可使两供电臂牵引负荷中的谐波电流都能略去一部分）。再考虑供电臂的不同相位，实行两臂不等量补偿。

因一般情况下滞后相功率因数比引前相低，故采用滞后相多补，引前相少补的原则。

（3）并联补偿的主接线

适用于直供、带回流线的直供、BT 供电方式的牵引变电所并联电容补偿主接线图如图2.3所示。

适于AT 供电方式的牵引变电所并联电容补偿主接线图如图2.4所示。

图2.3 主接线图a 图2.4 主接线图b

图中主要设备有：

①并联电容器组C ：用于无功补偿

②串联电抗器L ：限制合闸时的涌流和分闸时的重燃电流。与电容器组匹配，滤掉一部分谐波电流。发生短路时，保护电容补偿装置。

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③断路器QF ：切投电容补偿装置。

④隔离开关QS ：便于维护检查。

⑤电压互感器TV 、TV2：实现装置的继电保护，并在电容器组退出运行时放电。

⑥电流互感器TA1、TA2：实现装置的继电保护。

⑦避雷器F ：实现装置的过电压保护。

⑧熔断器FU ：实现单台电容器的保护。

（4）并联补偿的总结

并联电容补偿的主要目的：提高功率因数，减小电能损失，改善电压质量。 并联电容补偿的优点有：结构简单，经济方便。

并联电容补偿的缺点有：补偿容量固定，易造成过补或欠补。

2.2.2 串联补偿

（1）串联补偿的原理

①无功补偿方面

在长距离输电线路中，由于串联电容器与线路电感串联在一起，故流过他们的电流相同。电容器的电压滞后电流°90，电感的电压超前电流°90，因此电容电压就与电感电压正好相反相互抵消。降低了线路的无功电压。

一般不用串联补偿补偿无功，原因如下：

<1>运行维护成本高，复杂。

<2>串联电容对系统电流有限制。

<3>串联电容容易引起串联谐振（L C X X ），导致系统崩溃。

②电压损失方面

串联补偿电路结构示意如图2.5所示。

图2.5 串联补偿接线图

图中R 、L 为线路阻抗，C 为补偿电容。由于电力线路存在着阻抗，当负载电流通过线路时就要产生电压损失，电压损失按公式2.2计算。