摘要：由于電氣化鐵道牽引負(fù)荷的不對(duì)稱性、隨機(jī)性和波動(dòng)性等特點(diǎn)會(huì)在電力系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)序電流，造成高次諧波的含量增加以及功率因數(shù)的降低，同時(shí)對(duì)電氣化鐵路沿線的通訊線路存在干擾。降低或消除這些不良影響對(duì)電力系統(tǒng)而言猶為重要。

　　本文以西河牽引變電所YN，d11接線變壓器進(jìn)行并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償(PRC)分析為例，從負(fù)序相量圖法得到補(bǔ)償方案，分析不同方案各自優(yōu)缺點(diǎn)，從中選擇最合理的方案。

　　關(guān)鍵詞:負(fù)序電流,不對(duì)稱負(fù)載,平衡變壓器,無(wú)功補(bǔ)償

　　1、引言

　　1.1 課題的來(lái)源及目的

　　滬昆電氣化鐵路西河電牽所引入兩路110KV獨(dú)立電源(上渡一和上渡二)，經(jīng)31.5MVA平衡變壓器降壓后向電力機(jī)車供電。電力機(jī)車采用25kV 單向工頻交流電壓，經(jīng)全波整流后驅(qū)動(dòng)直流牽引電動(dòng)機(jī)，在架空接觸導(dǎo)線和鋼軌之間行駛。由于電氣化鐵路牽引負(fù)荷為流動(dòng)性的大功率單相整流負(fù)荷，對(duì)電網(wǎng)供電的影響具有非線性、不對(duì)稱性、多變性、大功率特點(diǎn)，致使電網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)序電流，給電網(wǎng)的正常運(yùn)作帶來(lái)嚴(yán)重危害：使電網(wǎng)產(chǎn)生局部諧振，網(wǎng)損明顯加大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子損壞，繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置非正常頻繁啟動(dòng)，用戶電機(jī)和電容器大量燒壞或不能正常運(yùn)行，小火電廠不能就近并網(wǎng)等危害。隨著我國(guó)電氣化鐵路的高速發(fā)展，如何使其對(duì)電力系統(tǒng)的影響降為最低，是必須認(rèn)真思考和努力解決的問題。

　　1.2 目前限制負(fù)序采取的措施

　　為了減少單相牽引負(fù)荷對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)序影響，電力公司、牽引變電所都采取措施來(lái)限制負(fù)序電流。

　　⒈ 電力公司電力系統(tǒng)限制措施：采用大容量電源。

　　⒉ 電牽所采用的限制措施：

　　⑴ 采用平衡牽引變壓器，可以降低負(fù)序不平衡度;

　　⑵ 高壓側(cè)接入的電力系統(tǒng)進(jìn)行換相連接;

　　⑶ 采用固定補(bǔ)償技術(shù)。

　　本文通過對(duì)YN，d11接線變壓器負(fù)序電流并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償方案的探討，結(jié)合西河電牽所電容補(bǔ)償改造工程所采用的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償平衡裝置的實(shí)際情況，進(jìn)一步了解并聯(lián)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償在電氣化鐵路牽引變電所的應(yīng)用價(jià)值。

　　2、 YN，d11接線變壓器負(fù)序電流并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償方案

　　2.1 YN，d11接線變壓器負(fù)序電流并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償方案

　　2.1.1通過理論計(jì)算，YN，d11接線變壓器在電力系統(tǒng)中引起的不平衡度為：且不產(chǎn)生零序分量;當(dāng)n=1時(shí)，電流不平衡度為50%，與單相變壓器相比，可以顯著抑制負(fù)序電流，但不能消除負(fù)序電流。

　　2.1.2并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償方案分析

　　西河牽引變電所采用兩邊異相供電方式，此處就民兩邊異相供電補(bǔ)償方案進(jìn)行分析。假定ac、bc兩供電臂接入對(duì)稱感性負(fù)載(電流幅值： 1000 A;功率因數(shù)角： )。左邊供電臂牽引網(wǎng)的電壓是ac相;右邊供電臂牽引網(wǎng)的電壓是bc相，兩供電臂為 接線。

　　根據(jù)負(fù)序電流相量圖，補(bǔ)償負(fù)序電流的方案有以下兩個(gè)：

　　方案一：

　　由相量圖可知：ac端口并聯(lián)一個(gè)電容可以補(bǔ)償負(fù)序電流。 為ac相負(fù)載電流的負(fù)序分量; 為bc相負(fù)載電流的負(fù)序分量; 為兩者合成負(fù)序分量。

　　　由相量圖可知：在ab端口和bc端口同時(shí)并聯(lián)電感可以補(bǔ)償負(fù)序電流：

　　結(jié)論：用全負(fù)序相量圖來(lái)分析并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償可以比較簡(jiǎn)便、直觀計(jì)算出在適當(dāng)端口并聯(lián)電容或電感大小。但并不是所有的補(bǔ)償方案都是最合理的，要考慮到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面。選擇PRC設(shè)備容量較小;不能使原有的功率因數(shù)惡化。所以要基于上述兩方面的考慮，從中選擇最佳的補(bǔ)償方案。

　　3、西河牽引變電所限制負(fù)序方案

　　3.1 工程簡(jiǎn)介

　　西河牽引變電所自開通以來(lái)功率因素始終低于0.85,2005年經(jīng)過對(duì)并補(bǔ)電容器組進(jìn)行增容改造，補(bǔ)償效果仍未達(dá)到0.9。由此可以看出在原有的控制模式下，只改變電容器的容量是很難解決牽引變電功率因數(shù)問題。

　　西河變電所動(dòng)補(bǔ)裝置于2009年6月開始施工，同年11月竣工并投入運(yùn)行。它是在Yd11型牽引變壓器的27.5KV供電母線上，新增了一套動(dòng)態(tài)無(wú)功并聯(lián)綜合補(bǔ)償裝置，該所可調(diào)并聯(lián)補(bǔ)償通過改變無(wú)功元件的電壓和電流從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)钠胶夥桨浮Ｔ撗a(bǔ)償方案的應(yīng)用,減少了對(duì)供電系統(tǒng)不平衡的影響,取得了良好的效果。

　　3.2 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償改造工程限制負(fù)序方案

　　3.2.1 采用Yn Ⅱ平衡變壓器

　　Yn Ⅱ平衡變壓器，當(dāng)兩供電臂負(fù)荷相等時(shí)，電流不平衡度為0，即不產(chǎn)生負(fù)序分量。但由于牽引負(fù)荷的隨機(jī)波動(dòng)性，很難保證兩供電臂的負(fù)荷相等，所以實(shí)際運(yùn)行中一定產(chǎn)生負(fù)序電流，需要采取補(bǔ)償措施。

　　3.2.2 采用動(dòng)態(tài)無(wú)功并聯(lián)補(bǔ)償裝置

　　下面介紹動(dòng)態(tài)無(wú)功并聯(lián)補(bǔ)償裝置的基本構(gòu)成、調(diào)試、運(yùn)行情況，濾波器、相控電抗器的過零投切波形以及補(bǔ)償效果。

　　(1)動(dòng)態(tài)無(wú)功并聯(lián)綜合補(bǔ)償裝置的原理框圖

　　本所采用一種電氣化鐵道動(dòng)態(tài)無(wú)功并聯(lián)綜合補(bǔ)償方案，如圖3-1所示。本裝置分為主回路和控制兩部分。

　　(2)無(wú)功動(dòng)態(tài)并聯(lián)綜合補(bǔ)償裝置工作原理

　　該裝置主要原理是保證變壓器二次側(cè)節(jié)點(diǎn)電壓不變。設(shè)TCR感性無(wú)功相控回路和H3濾波容性無(wú)功回路，在空載運(yùn)行時(shí)，保證TCR回路與H3回路功率相抵消，負(fù)荷無(wú)功不變;當(dāng)機(jī)車運(yùn)行時(shí)負(fù)荷無(wú)功變化，通過電流、電壓采樣計(jì)算流過TCR回路電流調(diào)節(jié)晶閘管導(dǎo)通角度，改變TCR回路感性無(wú)功，保證TCR回路無(wú)功與負(fù)荷無(wú)功之和與H3回路容性無(wú)功相抵消。為此新增了晶閘管1組、相控電抗器1組、濾波電抗器1組、濾波電容器6組、電流互感器2臺(tái)，手動(dòng)隔離開關(guān)2臺(tái)，SVC保護(hù)測(cè)控盤1面，SVC控制柜1面。SVC控制柜沒有做好合閘準(zhǔn)備時(shí)(正式投入，運(yùn)行正常)231斷路器不能合閘，SVC柜故障時(shí)，231斷路器分閘，27.5kV進(jìn)線斷路器跳閘，231斷路器同時(shí)跳閘，231斷路器跳閘未完成時(shí)，進(jìn)線斷路器不能再次合閘。在總回路上設(shè)有電流速斷保護(hù)、過流保護(hù)、低電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)，在TCR支路設(shè)有SVC過流Ⅰ段保護(hù)、SVC過熱保護(hù)、SVC晶閘管擊穿保護(hù)，H3支路設(shè)有電流速斷保護(hù)、過流保護(hù)、差電壓保護(hù)。

　　牽引供電臂上無(wú)電力機(jī)車取流時(shí)，相控電抗器吸收高壓母線上的基波無(wú)功，本系統(tǒng)輸出為0。

　　牽引供電臂上電力機(jī)車取流時(shí)，其補(bǔ)償裝置投切情況如下：

　　①當(dāng)接觸網(wǎng)電壓在19～30 kV且無(wú)功功率達(dá)到750 kvar以上時(shí)，控制系統(tǒng)在延時(shí)100 ms后，投入一組電容器，無(wú)功功率每增加750 kvar，就順序投入下一組電容器，直到全部電容器投入;

　　②當(dāng)檢測(cè)無(wú)功功率低于550 kvar延時(shí)100 ms后，順序切除電容器組;

　　③當(dāng)檢測(cè)無(wú)功功率突然低于100 kvar延時(shí)100 ms后，快速連續(xù)切除各級(jí)電容器組;

　　④當(dāng)檢測(cè)網(wǎng)壓高于30 kV或低于19 kV時(shí)，延時(shí)500 ms后，快速連續(xù)切除各級(jí)電容器組。

　　3.2.3 功率因數(shù)比較

　　西河牽引變電所自開通后功率因素始終低于0.85,2005年經(jīng)過對(duì)并補(bǔ)電容器組進(jìn)行增容改造，補(bǔ)償效果仍未達(dá)到0.9。2009年11月并聯(lián)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置投入運(yùn)行，日平均功率因數(shù)達(dá)到了0.94～0.97，月平均功率因數(shù)提高到0.94～0.95。

　　綜上所述，本文提出的電氣化鐵道無(wú)功動(dòng)態(tài)并聯(lián)綜合補(bǔ)償裝置(帶有協(xié)調(diào)變壓器的TSC+TSR可調(diào)無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理方案)，經(jīng)西河牽引變電所現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明：電氣化鐵道動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償方案在提高功率因數(shù)、降低變壓器功率損耗有明顯的經(jīng)濟(jì)效果，并且運(yùn)行可靠、技術(shù)上可行，值得借鑒。

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