试分析铁路牵引供电功率因数的相关影响

2017-11-15陈丝琴

中国设备工程 2017年21期

关键词：电气化铁路功率因数损耗

陈丝琴

(河北省肃宁县朔黄铁路发展有限责任公司,河北肃宁 062350)

试分析铁路牵引供电功率因数的相关影响

陈丝琴

(河北省肃宁县朔黄铁路发展有限责任公司,河北肃宁 062350)

牵引供电系统功率因数在电气化铁路中有高有低,对电力网中的功率损耗与电能损耗造成了直接影响.本次研究清晰地呈现了铁路牵引供电功率因数的相关影响关系,丰富了与此有关的研究.

铁路;牵引供电;功率因数

牵引供电系统功率因数和牵引网的电压损失与电压波动的关系较为密切,此外,很大程度上影响到节约电能及整体供电区域的供电质量.现阶段使用方法中的补偿办法已经无法满足时代的发展需求,抑或出现了补偿效果欠佳方面的问题,为使牵引系统的功率因数在既有基础上得到进一步提高,需要采取一定的手段来实现这一结果.

1 功率因数与电力系统的关系

电气化铁路为单相负荷,三相交流进线应用在牵引变电所中,为使三相侧的不平衡得以减少,分两组单相功率为接触网提供电能.因为牵引负荷增多,三相电压不平衡与电压波动出现在小容量电源系统中,其波动比较大.牵引变电所借助牵引变压器把电力系统中的三相交流电转化,变成相位差90°的A单相交流与B单相交流,各自为牵引网的两个电臂提供电能.该牵引变压器在电能供应上依照了A、B各自相等的单相负荷功率,如果功率因数相等,则三相侧能够充分保持平衡.而因为运行图多次运行使得电力机车负荷不断减速,由牵引至再生负荷功率存在较大范围地变动.

2 电气化铁路的功率因数

功率因数即线路在电力网中有功功率和视在功率所占的百分比.电力网在运转过程中,当功率因数逐步增大,表示最好,如此电路中多数视在功率用于供给有功功率,以让无功功率的消耗减少.用户功率因数或高或低,其高低明显影响电力系统发电设备及供电设备等的有效利用.合理地提升用户的功率因数,能使上述设备的生产能力得到有效提升,降低线路损耗,改进电能质量,可提高用户用电设备的工作效率,实现用户电能节约的目的.为此,提升用户功率因数,明显降低电能损耗,少使用用户电费,带来明显的经济与社会效益.现阶段电力机车应用在电气化铁路中多为整流型的电力机车,自然功率在0.80~0.85.因为牵引网阻抗对其造成影响,牵引变压器低压一端的功率因数要减0.80~0.84(取数值0.80~0.82).因为牵引变压器阻抗是影响之一,其高压侧功率因数将降至0.75~0.79(取平均数值0.77~0.78).

3 功率因数偏低影响

如果功率因数降低,变为0.28,线路上的功率损失将会增多,增长幅度为137%.当前电费办法给出一定规定:如果cosφ≤0.64,当每降低0.01,多收取总电费的2%;如果cosφ=0.69-0.65,当每降低0.01,则多收取总电费的1%;如果cosφ=0.89-0.7,当每降低0.01,则多收取总电费的0.5%.

4 新式的供电无功补偿手段

(1)SVC无功补偿工作原理.对SVC无功补偿装置工作原理图进行研究发现,电源电压为U1,牵引变压器每相的电阻、牵引变压器每相的电抗、分别为r1、X1,牵引变电所母线电压为U2,牵引负荷、电容器回路容性电流、SVC电容器组的容抗、电抗器的感抗分别为I1、Ic、Xc、XL,无功补偿装置被安装结束后,牵引变电所的功率因数不再是cosφ1,变成了cosφ2,得到了提高.其中,在SVC无功补偿工作原理中,电力系统中采用SVU,其对系统构成的影响主要有以下几种情况:①使得系统的暂时态稳定性得到加强.②对系统电压起到强有力的支撑,避免电压崩溃.③对系统振荡起到有效的阻尼作用.③有助于补偿不平衡电荷.④阻碍负荷侧电压波动于闪变,调整功率因数.

(2)SVC无功补偿装置对压损的完善.在线路等阻抗上的电流会形成电压损耗,用U来表示,当始端电压和末端电压分别为U1和U2时,那么电压损耗U则是:,在该式子中,P、Q、Un分别表示的是有功功率(kW)、无功功率(kvar)、额定电压(kV);R、X分别表示的是电阻、电抗(Ω).Qc容量的SVC补偿装置安装在线路中后,线路电压损耗U'可表示为,从该式中获知,当无功功率Q变小时,将对电网中无功功率的传输起到阻碍作用,使得线路的电压损耗变少,进一步提升了接触网的电压质量.

(3)SVC无功补偿装置对线损的改进.线路与变压器功率损耗在电路中的P为:

在该式中,Re、P、UN、cosφ分别表示每相导线的等效电阻(Ω)、线路传输的有功功率(kW)、运行电压(kV)、功率因数;若导线电阻Re与线路有功功率P不产生变动,线路的功率损耗随着功率因数的平方的减小而变大,二者是一种反比关系.事实上,SUV自身也有一定的缺陷,其为阻抗型补偿,当电压偏低时,它的无功输出和电压呈现一种平方关系的降低.