無(wú)功補(bǔ)償調(diào)壓在接觸網(wǎng)調(diào)壓中的應(yīng)用

1、<p>　　無(wú)功補(bǔ)償調(diào)壓在接觸網(wǎng)調(diào)壓中的應(yīng)用</p><p>　　摘要： 作為高速鐵路列車(chē)電能主要來(lái)源的接觸網(wǎng)，其輸出電壓是否符合要求是保證高速鐵路正常運(yùn)行的關(guān)鍵。由于電力機(jī)車(chē)在運(yùn)行的過(guò)程中作為單相脈沖負(fù)荷，其線性差、波動(dòng)性大，或產(chǎn)生較大的負(fù)序諧波，從而造成牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)的功率因數(shù)降低，致使接觸網(wǎng)無(wú)功功率過(guò)剩，引起接觸網(wǎng)電壓升高。因此，在接觸網(wǎng)系統(tǒng)中需要采取無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞?，抵消接觸網(wǎng)系統(tǒng)中的無(wú)功功率

2、，保證接觸網(wǎng)電壓保持在符合電力機(jī)車(chē)運(yùn)行要求的范圍內(nèi)，保證高速鐵路的安全、可靠運(yùn)行。無(wú)功補(bǔ)償調(diào)壓是一種有效的調(diào)節(jié)鐵路接觸網(wǎng)電壓的方式，通過(guò)增加系統(tǒng)的感性無(wú)功功率對(duì)過(guò)剩的容性無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，從而將系統(tǒng)的電壓控制在允許的范圍，保證系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定。本文首先簡(jiǎn)要分析接觸網(wǎng)無(wú)功負(fù)荷特性，分析目前我國(guó)常用的接觸網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方法及應(yīng)用，再以動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用效果作為分析，以期為接觸網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償工作提供參考。 </p><

3、p>　　Abstract： Catenary is the main source of power for high-speed railway train， whose output voltage is the key to ensure the normal operation of the high-speed railway. It is necessary to take reactive compensation

4、to offset the reactive power in catenary system， to ensure catenary voltage maintain in accordance with the requirements of the electric locomotive running range， so as to guarantee the safe and stable operation of high

5、speed railway. Reactive compensation voltage regulation is a kind o</p><p>　　關(guān)鍵詞： 無(wú)功補(bǔ)償；調(diào)壓技術(shù)；牽引供電系統(tǒng)；接觸網(wǎng) </p><p>　　Key words： reactive power compensation；voltage regulating technology；traction pow

6、er supply system；catenary </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：TD612 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）01-0128-03 </p><p><b>　　0 引言 </b></p><p>　　接觸網(wǎng)是電氣化鐵路的重要組成部分，為電力機(jī)車(chē)的運(yùn)行提供電能，同時(shí)其作為連接電力機(jī)車(chē)的架空設(shè)備，工作環(huán)

7、境較為惡劣，同時(shí)也是電氣化鐵路系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在我國(guó)運(yùn)行的電力機(jī)車(chē)大多是運(yùn)用晶閘管進(jìn)行相控整流的交―直型晶閘管相控機(jī)車(chē)，其在運(yùn)行的過(guò)程中單相負(fù)荷脈沖大，容易引起接觸網(wǎng)的功率大幅度的降低，同時(shí)由于其線性差對(duì)接觸網(wǎng)造成諧波干擾，這些變化均會(huì)造成接觸網(wǎng)電壓發(fā)生變化，影響機(jī)車(chē)的正常運(yùn)行，因此需要采取合理、有效的功率補(bǔ)償措施對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行調(diào)壓，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)電壓的穩(wěn)定。 </p><p>　　1 接觸網(wǎng)無(wú)功負(fù)荷特性 <

8、/p><p>　　通常牽引變電站接收供電網(wǎng)提供的110kV的交流電，經(jīng)過(guò)變電站變壓器的降壓，使其成為27.5kV的交流電，然后通過(guò)接觸網(wǎng)為電力機(jī)車(chē)提供電能，牽引變電站、接觸網(wǎng)、電力機(jī)車(chē)、鋼軌就形成了一個(gè)系統(tǒng)的牽引供配電系統(tǒng)，如圖1所示。 </p><p>　　在電力機(jī)車(chē)正常運(yùn)行過(guò)程中，接觸網(wǎng)入口段的電壓應(yīng)該為電力機(jī)車(chē)正常運(yùn)行的電壓，而電力機(jī)車(chē)功率因數(shù)以及接觸網(wǎng)、牽引變壓器阻抗則是影響牽引供電系

9、統(tǒng)無(wú)功功率的主要因素。當(dāng)接觸網(wǎng)和牽引變壓器的阻抗帶電運(yùn)行時(shí)，牽引供電系統(tǒng)中的電流則通過(guò)牽引變壓器的接觸線產(chǎn)生無(wú)功功率和有功功率，從而導(dǎo)致電力機(jī)車(chē)運(yùn)行點(diǎn)電壓發(fā)生變化。設(shè)U1為接觸網(wǎng)進(jìn)線端電壓，U21和U22分別為不同負(fù)荷電流I1，I2時(shí)電力機(jī)車(chē)與接觸網(wǎng)相接點(diǎn)的電壓，以U1為參考方向，做向量圖（如圖2）可知，在不同負(fù)荷電流影響下，電力機(jī)車(chē)消耗的無(wú)功功率造成接觸網(wǎng)電壓發(fā)生較大的變化，致使接觸網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，影響電力機(jī)車(chē)的正常運(yùn)行。 </p

10、><p>　　2 接觸網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償方法 </p><p>　　無(wú)功功率是電氣設(shè)備使用中常見(jiàn)的物理量，無(wú)功功率的存在是電氣設(shè)備周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)的主要原因。同時(shí)，無(wú)功功率是電力系統(tǒng)的電壓重要組成部分，為其提供有力的支撐，是造成電源與負(fù)荷之間電壓降落的主要原因，決定著電力系統(tǒng)的電壓高低，因此要對(duì)電力系統(tǒng)的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)就必須采取措施保證體統(tǒng)內(nèi)部無(wú)功功率的平衡。 </p><p>　　

11、2.1 無(wú)功平衡與電壓的關(guān)系 </p><p>　　在一個(gè)完整的電力系統(tǒng)中，異步電動(dòng)機(jī)是系統(tǒng)中主要的感性負(fù)載。通常情況下電力系統(tǒng)中的無(wú)功功率平衡時(shí)，電源的無(wú)功特性曲線會(huì)與負(fù)荷電壓的無(wú)功特性曲線相交，形成一個(gè)平衡的電壓點(diǎn)，如果線路出現(xiàn)空載的現(xiàn)象，系統(tǒng)負(fù)荷電壓無(wú)功功率下降，為了達(dá)到無(wú)功功率平衡，會(huì)形成一個(gè)新的無(wú)功功率平衡電壓點(diǎn)，而此平衡點(diǎn)電壓較前者低。線路空載造成系統(tǒng)的容性無(wú)功功率過(guò)剩，而系統(tǒng)內(nèi)的感性無(wú)功功率較低，無(wú)

12、法達(dá)到無(wú)功功率的平衡，因此只有將電壓升高來(lái)達(dá)到無(wú)功功率的平衡。當(dāng)系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償裝置配備充足的話，線路空載時(shí)會(huì)使系統(tǒng)的電源無(wú)功功率曲線下降，與負(fù)荷電壓無(wú)功功率曲線形成新的平衡電壓點(diǎn)，而此電壓點(diǎn)與初平衡點(diǎn)相近，使平衡電壓接近電氣設(shè)備的工作電壓，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)的補(bǔ)償裝置設(shè)置合理時(shí)，就會(huì)使系統(tǒng)的電源無(wú)功功率與負(fù)荷無(wú)功功率相平衡，且電壓水平向當(dāng)。如圖3所示。 　　2.2 無(wú)功補(bǔ)償調(diào)壓常用的裝置 </p><p>　　并聯(lián)電抗

13、器，是通過(guò)自身的感性阻抗增加系統(tǒng)的感性無(wú)功功率，與電容電流過(guò)大引起的容性阻抗相抵消的補(bǔ)償裝置，在鐵路牽引網(wǎng)供配電系統(tǒng)中應(yīng)用較多。靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC），是一種能夠根據(jù)系統(tǒng)發(fā)生變化的無(wú)功功率吸收或發(fā)生裝置，屬于動(dòng)態(tài)的無(wú)功功率補(bǔ)償。靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG），是一種并聯(lián)在系統(tǒng)上，進(jìn)行無(wú)功功率吸收和發(fā)生的進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)?。其中并?lián)電抗器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造作方便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)中，但是并聯(lián)電抗器的容量是一般是固定的，不可進(jìn)行

14、調(diào)節(jié)。與SVC相比較，SVG具有響應(yīng)時(shí)間短、諧波特性好、補(bǔ)償效果好等優(yōu)點(diǎn)，SVC在使用的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生諧波，在使用的過(guò)程中需要配合濾波器，SVG則屬于電流源型的，在使用中會(huì)產(chǎn)生可抵消負(fù)載電流諧波的成分，同時(shí)其輸出容量和母線電壓呈線性關(guān)系，可有效的進(jìn)行無(wú)功功率的補(bǔ)償，保證系統(tǒng)無(wú)功功率的平衡。 </p><p>　　3 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置在接觸網(wǎng)調(diào)壓中的應(yīng)用 </p><p>　　3.1 靜態(tài)無(wú)功

15、發(fā)生器（SVG） </p><p>　　作為動(dòng)力機(jī)車(chē)電能來(lái)源的牽引供電系統(tǒng)存在三相電壓不平衡的狀態(tài)，這種不平衡的狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致各相電壓幅值發(fā)生變化，但是對(duì)各相電壓的相位不會(huì)產(chǎn)生影響。當(dāng)接觸網(wǎng)系統(tǒng)中采用SVG進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償時(shí)，SVG可有效的輸出或者吸收感性無(wú)功功率，從而降低系統(tǒng)的容性無(wú)功功率，有效的改善牽引供電系統(tǒng)負(fù)荷不平衡特性，從而大大提高牽引變壓器的容量利用率。同時(shí)，在采用并聯(lián)電容進(jìn)行無(wú)功固定補(bǔ)償方案中，使用SVG可

16、以實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償容量的平滑調(diào)節(jié)、連續(xù)調(diào)節(jié)，從而減小SVG的容量，提高設(shè)備的利用率。 </p><p>　　3.2 TCR型SVC靜態(tài)補(bǔ)償裝置 </p><p>　　TCR型SVC靜態(tài)補(bǔ)償裝置具有響應(yīng)時(shí)間短、無(wú)功輸出調(diào)節(jié)平滑等優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用較為廣泛的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。其主要由雙向?qū)ňчl管、固定電抗器、LC濾波器等部分組成，通過(guò)對(duì)雙向?qū)ňчl管導(dǎo)通角的控制，控制接觸網(wǎng)系統(tǒng)中的容性無(wú)功電流，從而保

17、證接觸網(wǎng)系統(tǒng)中的無(wú)功功率平衡，穩(wěn)定功率因素，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸網(wǎng)電壓的調(diào)節(jié)。當(dāng)TCR型SVC靜態(tài)補(bǔ)償裝置接入接觸網(wǎng)系統(tǒng)中時(shí)，系統(tǒng)的無(wú)功功率為：QN=QV-QC+QTCR（1） </p><p>　　式中，QN為接觸網(wǎng)系統(tǒng)的總無(wú)功功率，QV為系統(tǒng)中的負(fù)載無(wú)功功率，QC為系統(tǒng)容性無(wú)功功率，QTCR為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置輸出的無(wú)功功率。 </p><p>　　由式（1）可知，系統(tǒng)的無(wú)功功率的變化與QTC

18、R和QV有關(guān)，因此在實(shí)際的應(yīng)用中只要保證動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置輸出的無(wú)功功率與負(fù)載無(wú)功功率相平衡即可。同時(shí)TCR型SVC動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置中的LC濾波電路可有效的將產(chǎn)生的諧波去除，減少接觸網(wǎng)系統(tǒng)的諧波干擾。TCR型SVC補(bǔ)償裝置中雙向?qū)Ч芫чl管是負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)輸出無(wú)功功率主要元件，其工作原理圖如圖4所示，即通過(guò)控制兩個(gè)雙向?qū)ňчl管可實(shí)現(xiàn)對(duì)電抗器電流i的調(diào)節(jié)，改變系統(tǒng)中容性電流，調(diào)節(jié)無(wú)功功率。 </p><p>　　其中Pmax是接觸

19、網(wǎng)系統(tǒng)牽引負(fù)荷的實(shí)際最大有功率，Imax是牽引變電所饋線的最大電流，U0為牽引變電所母線電壓，？漬為功率因數(shù)。 </p><p>　　TCR型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用可以有效的減少接觸網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng)的概率，保持電壓的穩(wěn)定，同時(shí)可有效的提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，其中的LC濾波可有效的消除接觸網(wǎng)中的諧波干擾，使接觸網(wǎng)電能輸出質(zhì)量滿足電力機(jī)車(chē)的需求。 </p><p>　　4 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置在接觸網(wǎng)中

20、的使用效果 </p><p>　　由動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償投運(yùn)前的圖5和 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償投運(yùn)后的圖的6對(duì)比可知：電力機(jī)車(chē)在運(yùn)行的過(guò)程中單相脈沖負(fù)荷線性差、波動(dòng)性大造成牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)的功率因數(shù)降低，系統(tǒng)功率因數(shù)在0～1之間頻繁波動(dòng)，且平均功率因數(shù)極低；動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償投運(yùn)后動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置具快速響應(yīng)、根據(jù)負(fù)荷變化無(wú)功平滑輸出調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)功率因數(shù)穩(wěn)定保持在0.99以上，極大的提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)。 </p><

21、;p>　　由動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償投運(yùn)前的圖7和 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償投運(yùn)后的圖的8對(duì)比可知：電力機(jī)車(chē)在運(yùn)行的過(guò)程中單相脈沖負(fù)荷線性差、波動(dòng)性大造成牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)的系統(tǒng)電壓在25kV～30kV之間劇烈波動(dòng)，影響機(jī)車(chē)的正常運(yùn)行；動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償投運(yùn)后動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置具快速響應(yīng)、根據(jù)負(fù)荷變化無(wú)功平滑輸出調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)電壓在27.5kV～28.5kV之間平穩(wěn)波動(dòng)，保證了系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定，從而保證電力機(jī)車(chē)的安全、可靠運(yùn)行。 </p><p&

22、gt;<b>　　5 結(jié)論 </b></p><p>　　無(wú)功補(bǔ)償裝置平衡系統(tǒng)的無(wú)功功率，控制電纜末端的電壓大小，是一種有效的調(diào)節(jié)鐵路接觸網(wǎng)電壓的方式，提高供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)電壓的可靠性，保證接觸網(wǎng)電壓保持在符合電力機(jī)車(chē)運(yùn)行要求的范圍內(nèi)，從而保證高速鐵路的安全，實(shí)現(xiàn)列車(chē)安全的運(yùn)行。動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置可以快速精準(zhǔn)平衡系統(tǒng)的無(wú)功功率，保證系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定，值得大面積推廣應(yīng)用。 </p>&

23、lt;p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]李建峰.電力機(jī)車(chē)無(wú)功補(bǔ)償與諧波抑制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué)，2011. </p><p>　　[2]劉晶.電力牽引系統(tǒng)電能質(zhì)量綜合補(bǔ)償方法的研究[D].華北電力大學(xué)，2013. </p><p>　　[3]亢佳增.電氣化鐵道動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)难芯縖D].內(nèi)蒙古大

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