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高速铁路电力配电所无功补偿研究范哲言

发表时间：2021/3/26 来源：《电力设备》2020年第32期作者：范哲言

[导读] 摘要：随着我国电气化铁路运输系统的飞速发展，日益增加的铁道负荷容量与复杂性对系统电网及牵引供电系统的压力越来越大。

        （唐山供电段河北省唐山市 064000）
        摘要：随着我国电气化铁路运输系统的飞速发展，日益增加的铁道负荷容量与复杂性对系统电网及牵引供电系统的压力越来越大。对铁路电力系统无功补偿进行研究，以解决普速铁路补偿容量选择不合理、高速铁路补偿设备选型不稳定的问题，同时降低铁路供电线路的损耗，保证铁路供电系统的稳定性。本文结合铁路供电方案的实际情况，总结出铁路电力系统的无功补偿方案。
        关键词：铁路；电力供电系统；无功补偿
        国内电力系统电力无功补偿技术发展迅速，为铁路电力无功补偿方式的选择和设备的选型提供了良好的技术环境。无功补偿方式在铁路配电系统有多种运用，不同系统或不同设计部门在无功补偿的方式和补偿设备的选型上，各不相同，各有偏好。高速铁路补偿方案经历区间并联电抗器补偿、静止无功功率补偿器（SVC）、静止无功功率发生器（SVG）、磁控式电抗器（MCＲ）等多个阶段，补偿方案的设备选型不稳定。
        1无功补偿在高速铁路电力供电系统的应用现状
        1.1补偿方式
        高速铁路配电所馈出贯通线路，一般采用10kV全电缆沿铁路线两侧敷设的方式，对于馈出线路大量使用电缆的高速铁路配电所常用的补偿方案一般有以下模式，具体如下：①将无功动态补偿装置集中设置在配电所母线段，这种补偿方案在实际安装方式又有两种模式，模式1：在10kV贯通母段上安装无功补偿装置，这种模式能够很好地补偿贯通线路上的电容电流，同时贯通线调压器也不穿越容性电流。模式2：在10kV电源母段上安装无功补偿装置。这种模式在补偿贯通线路电容电流的同时也提高了电源侧的功率因数，存在的不足是容性电流会穿越贯通调压器。不管那种模式都存在占用较大安装空间的缺点。②将固定式电抗器安装在配电所贯通馈出端进行补偿，可以做成单台大容量电抗器集中补偿，也可以做成小容量电抗器多台集中补偿，存在的不足是占用较大空间，不能根据用电负荷的变化进行更随性补偿，馈线上会流过比较大的容性电流。③在区间将小容量的固定电抗器分散设置在贯通线路上，在配电所将小容量的动态无功补偿装置集中设置在母线段。这种方式的优点是利用铁路电力远动控制系统进行及时跟随性投切，能够及时补偿馈线上的容性电流同时提高了电源侧的功率因数。
        1.2补偿方案
        为了提高供电可靠性和安全性，减少维修工作量，节约土地，我国高速铁路普遍采用沿铁路敷设双回10kV全电缆贯通线为区间和车站的通信、信号等负荷供电。目前，高速铁路的补偿方案大致有3种，具体分析如下。（1）在10kV配电所贯通馈出端设集中固定式电抗器补偿，区间10kV贯通线路上不设固定电抗器。该方案的缺点是占用的空间较大，不能随用电负荷的变化调整补偿电流，难以达到规范要求的功率因数，10kV贯通线上流过的电容电流较大，损耗较大。优点是投资较少，控制比较简单。（2）在10kV配电所贯通母线段设集中无功动态补偿装置，集中补偿装置分为静止无功功率补偿器、静止无功功率发生器和磁控式电抗器3种。区间10kV贯通线路上不设固定电抗器。该方案又分2种方式，一是将补偿装置安装在10kV贯通母段上，另一种是将补偿装置安装在10kV电源母段上。该方案的缺点是占用的空间较大。方式一能够很好地补偿10kV贯通线路上的电容电流，使得电容电源不穿越贯通调压器，但不能保证电源侧的功率因数达到要求。方式二能够补偿10kV贯通线路上的电容电流，也能兼顾电源侧的功率因数，但是电容电流穿越贯通调压器，使得调压器容量必须加大，否则易于造成调压器过载。优点是控制比较简单，能随用电负荷的变化调整补偿电流。（3）在10kV配电所母线段集中设置小容量的无功动态补偿装置，区间10kV贯通线路上分散设置小容量的固定电抗器。该方案的缺点是投资较大，控制较为复杂；优点是充分利用电力远动控制系统，既能较好地补偿线路侧的电容电流，而且也能够兼顾电源侧的功率因数，新实施的《高速铁路设计规范（试行）》也推荐此方案。

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        2无功补偿在普速铁路电力供电系统的应用现状
        2.1补偿方式
        普速铁路电力线路大部分是以架空线路为主电缆为辅的混合线路，目前在普速铁路电力系统常用的补偿方案，基本采用传统并联电抗器和并联电容器补偿。依据各种补偿装置的补偿特点，选择用并联电抗器和并联电容器实现无功补偿从技术性和经济性都是合理的。但目前由于在补偿容量的选择上与实际存在差异，导致在实际运行中大量补充装置闲置停运。
        2.2并联电抗器补偿方案
        普速铁路电力系统贯通线基本为架空线路，但在困难地段或特殊地段会采取敷设电缆的方式。由于电缆线路呈容性，常用并联电抗器对容性无功功率进行补偿。区间并联电抗器的安装方式主要有箱式电站式和户外杆架式，其中户外杆架式由于电抗器安装在支柱上，常年裸露在自然环境中，选用油浸铁心式电抗器能够更好的适应相对恶劣的运行环境。
        2.3并联电容器补偿方案
        2.3.1补偿方式及补偿地点
        并联电容器可以安装在全系统的各个点上，目前根据安装位置的不同可以分为就地补偿、集中补偿、混合补偿等多种方式。普速铁路电力系统中车站负荷较为分散，负荷功率较小，冲击性负荷较少，不适宜采用就地补偿，应根据负荷性质设置集中补偿。有10kV配电所的车站，在配电所的站馈母线段设置高压并联电容器，既能保证站馈供电线路的补偿，又能满足区间供电线路的补偿要求。在车站变电所及箱式变电站低压母线侧设置低压并联电容器集中补偿，满足低压负荷的补偿要求。在车辆段等特殊工艺场合，由于冲击性负荷较多，根据工艺设备功率因数要求，可采用混合补偿方式。
        2.3.2连接方式
        三相电容器的连接方式主要有星形接线和三角形接线2种。铁路电力系统低压电容器宜选用三角形接线，能够增大无功功率输出，并能在断线情况下满足工作要求。高压电容器宜选用星形接线，能够减小短路电流，增强可靠性。
        2.3.3投切方式
        并联电容器的投切方式主要有2种：人工投切和自动投切。铁路电力系统高压负荷的变化率不是很大，并且冲击性负荷较少，高压电容器集中补偿宜采用分组人工投切的方式，便于维护并且经济优势比较明显。低压负荷有一定的变化率，并且低压无功功率因数补偿装置技术成熟，性价比较高，低压电容器集中补偿宜采用利用动态功率因数调整装置自动投切的方式。
        3结语
        本文主要从安全、可靠、技术、经济的角度出发，结合当前高速和普速铁路电力系统无功补偿方式的应用对配电所自闭供电系统的补偿方案进行了研究和探讨，为配电所实施无功补偿方案，形成了初步的研究结果，也为铁路如何有效实施电力无功补偿，奠定一定的基础。
        参考文献：
        [1]刘建儒.铁路电力供电系统无功补偿研究[J].工程技术：引文版，2016（12）.
        [2]杨旺.茶坞配电所自闭供电系统无功补偿研究[J].价值工程，2016（1）.
        [3]王丰元，邓朴，王攀，等.牵引供电系统的无功补偿与谐波治理研究[J].陕西电力，2015（1）.
        作者简介：范哲言(1993.01—），男，汉族，河北省唐山市人，本科，研究方向：铁路电力。