不同供电方式下高压动态无功补偿系统的应用

郑国龙

不同供电方式下高压动态无功补偿系统的应用

郑国龙

电气化铁道牵引供电方式主要有带回流线的直接供电方式和自耦变压器（AT）供电方式。在带回流线的直接供电方式下，无功补偿回路并联在接触网（T线）与钢轨（R）之间；在自耦变压器（AT）供电方式下，无功补偿回路并联在接触线（T线）和正馈线（F线）之间。对无功补偿系统分别并联在T/R、F/R之间的情况进行分析研究，兼顾带回流线的直接供电方式和自耦变压器（AT）供电方式下无功补偿系统的应用，为相关工程提供借鉴。

电气化铁路；带回流线的直接供电方式；自耦变压器供电方式；无功补偿

0 引言

某重载铁路电气化改造工程，按正式工程和临时过渡工程两期展开。牵引供电系统正式方案采用带回流线的直接供电方式，新建1座牵引变电所，并设置无功动态补偿装置。临时过渡工程中，其中一供电臂采用自藕变压器（AT）供电方式过渡，通过改造相邻电气化铁路的AT分区兼开闭所，增设馈线为该工程提供电源，同时设置无功动态补偿装置，正式工程完工后，将该供电臂改造成带回流线的直接供电方式。

为满足正式工程和临时过渡工程中无功补偿需要，研究无功补偿系统在直供和AT供电方式下补偿方式的不同，兼顾2种供电方式下的补偿方案，减少设备的废弃，AT供电方式下采用在T/R、F/R间分别设置1套动态无功补偿系统，并对T/R、F/R同时投入无功补偿系统，T/R、F/R分别投入无功补偿系统进行分析比较，研究其补偿效果。

1 调压式无功补偿系统原理

动态补偿主要是根据电网系统的感性无功变化，及时调节补偿电容发出的无功总量。改变无功总量有2种方法：（1）改变投入的等效电容；（2）改变电容两端的电压。调压式无功补偿系统采用第二种方法，在电源频率一定的情况下，补偿容量与电容运行电压的平方成正比。自动控制装置实时采集电网的电压、电流、功率因数，分析负荷的变化趋势、系统无功功率、系统谐波含量、电压波动情况等，通过有载分接开关动态调节电容两端的电压，实现动态比例无功的馈送。其电气接线图如图1所示。

该系统的补偿容量为Qc=U22/(Xc-XL)

因为(Xc-XL)为固定阻抗，所以补偿容量Qc与U2为平方关系，通过调节分接开关的档位即可改变输出电压U2。

牵引供电系统运行中无功容量欠补偿时，通过有载分接开关调整档位提高U2，增加补偿无功容量；当无功容量过补偿时，通过有载分接开关调整档位降低U2，减少补偿无功容量。从而使补偿效果较佳，有效提高牵引供电系统的功率因数。

图1 调压式无功补偿系统电气接线图

2 动态无功补偿系统的常规应用

2.1 带回流线的直接供电方式

在带回流线的直接供电方式下，动态补偿装置设置于低压侧27.5 kV母线与地之间，自动控制装置采集高压侧的电压、电流、功率因数，分析负荷的变化趋势、系统无功功率、系统谐波含量、电压波动情况等，通过有载分接开关动态调节电容两端的电压，实现动态无功补偿，从而提高牵引网的功率因数，同时兼滤高次谐波。

2.2 自耦变压器供电方式

在自耦变压器（AT）供电方式下，动态补偿装置一般设置于低压侧2×27.5 kV母线侧的T线与F线之间，自动控制装置采集低压侧2×27.5 kV母线的电压、电流、功率因数，分析负荷的变化趋势、系统无功功率、系统谐波含量、电压波动情况等，通过有载分接开关动态调节电容两端的电压，实现动态无功补偿，从而提高牵引网的功率因数，同时兼滤高次谐波。

第2.1、2.2节所述的2种供电方式下补偿装置的电气接线如图2所示。

图2 无功补偿系统在不同供电方式下的电气接线示意图

2.3 自耦变压器供电方式下无功补偿系统设计

某重载铁路电气化改造工程分临时过渡工程和正式工程2部分实施。临时工程中采用AT供电方式，分区所兼开闭所设置无功动态补偿系统；正式工程采用带回流线的直接供电方式，牵引变电所设置无功动态补偿系统。2种供电方式的不同，电压等级、补偿方法皆不相同。按常规设计思路，正式工程中在牵引变电所低压侧A相、B相母线与地之间分别设置无功补偿系统；临时过渡工程中在分区兼开闭所2×27.5 kV母线侧的T线与F线之间设置无功补偿系统。电气化改造工程共设置3套无功动态补偿装置，同时正式工程开通后，造成AT供电方式下分区兼开闭所处无功补偿系统的废弃。

为了满足正式工程和临时过渡工程中无功补偿的需要，同时减少设备的废弃，在AT供电方式下，T/R、F/R之间分别设置1套动态无功补偿系统，如图3所示。

图3 无功补偿系统在自耦变压器供电方式下新型电气接线示意图

自动控制装置采集低压侧2×27.5 kV母线的电压、电流、功率因数，分析负荷的变化趋势、系统无功功率、计算牵引网需要补偿的无功总量，平均分配给T/R、F/R之间的动态无功补偿系统，从而提高牵引网的功率因数，同时兼滤高次谐波。

3 结语

自耦变压器供电方式下，T/R、F/R之间分别设置了无功补偿系统的新型设计，与常规T/F之间设置无功补偿系统相比较，设备电压等级由55 kV降低为27.5 kV，并满足带回流线的直接供电方式下的应用，降低了工程投资，提高了经济效益。2010年，该临时过渡工程开工后，无功动态补偿系统稳定运行，验证了AT供电方式下在T/R、F/R之间分别设置动态无功补偿系统的可行的，且该系统应用效果良好，可供相关工程借鉴参考。

[1] 曹建猷.电气化铁道供电系统[M].北京：中国铁道出版社，1983.

[2] 铁路电力牵引供电设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005.

[3] GB50227-2008 并联电容器装置设计规范[S].

[4] 周志成.牵引供电系统谐波与无功补偿技术应用研究[D].西南交通大学，2006.

The traction power supply modes for electrified railways consist of mainly the direct feeding system with return wires and the autotransformer (AT) system. The reactive power compensation circuits are connected in parallel between overhead contact line (T line) and rail (R) under direct feeding system with return wires; and the reactive power compensation circuits are connected in parallel between contact wire (T line) and positive wire (F) under AT system. The analysis and researches made for the reactive power compensation systems connected in parallel between T/R or F/R respectively, and on the basis of application of the reactive power compensation systems under the both modes will provide references for the similar projects.

Electrified railway; direct feeding system with return wire; autotransformer feeding system; reactive power compensation

U223.5

：B

：1007-936X(2016)03-0017-02

2016-02-20

郑国龙. 中铁工程设计咨询集团有限公司，工程师，电话：13810981743。