铁路变配电所动态无功补偿

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摘要：近年来，随着我国铁路事业的高速发展，对铁路行业的投资力度逐步增大，铁路已经成为国民经济的重要命脉，铁路电力系统是保障整个铁路运输生产的重要设施。目前，铁路变配电所通常采用静止补偿的电容器，由于分级补偿，不可避免出现过补偿和欠补偿状态。过补偿会引起电压升高，欠补偿时感性负荷引起电压降低，而动态无功补偿装置可以根据负荷状况动态投入运行，大大提高铁路系统的电压稳定性和配电网电能的质量。

关键词：铁路；变配电所；无功补偿

一、无功补偿原理及作用

无功补偿装置的核心， 是通过对电抗器的动态调整，达到对补偿电容器的连续调整，可以产生连续可调的无功功率。只要将可控电抗器与电容器相并联，就可组成无功补偿装置。由于无功补偿容量可以从小到大连续控制，就可以精确地将功率因数控制在某个设定点上，在性能上大大超过了开关投切电容器的方式。

1、当系统负荷较重时，负载一般都是感性，无功补偿一般都是补偿电容器。故补偿电容提高功率因数后，电压损失减小，改善了电压质量。无功电源的布局、无功电力的传输以及无功电力的管理， 直接影响电网的运行。

2、随着电网容量增大，电缆使用较多，电缆的充电功率增大。当系统负荷较轻时，这些容性无功功率得不到平衡，与上面分析的感性负载一样，导致线路电压升高，系统损耗增加。因此，必须提供感性无功补偿，即使用并联电抗器代替并联电容器，以降低线路电压，减少系统损耗，提高系统电能质量。

二、铁路变配电无功补偿

1、无功补偿分为变电站集中补偿、线路分散补偿、用户端的当地补偿。集中补偿和分散补偿是针对高压的无功补偿。当地补偿是低压无功补偿（380V）。理论上而言， 无功补偿最好的方式是，在哪里需要的无功，就在哪里补偿，整个系统将没有无功电流的流动。但在实际电网当中，这是不可能做到的。因为无论是变压器、输电线路还是各种负载，均会需要无功。所以实际电网当中就补偿装置的安装位置而言，有如下补偿方式： 变电所集中补偿、配电线路、分散补偿、负荷侧集中补偿、用户负荷的就地补偿。比如铁路电力供电系统中，结合其用电密集，负荷分散，供电臂长，所带箱变多的特点，电力 10kv 配电所一般不采用补偿装置，而沿线设置电抗器并联方式对配电线路进行补偿，这样便可以远远改善长输电线路上的电压分布，使轻负荷时线路中的无功功率尽可能就地平衡，防止无功功率不合理流动也减轻了线路上的功率损失，削弱空载或轻载时长线路的电容效应所引起的工频电压升高同时减少潜供电流，加速潜供电弧的熄灭，提高线路自动重合闸的成功率。而对于低压变电所无功补偿， 通常采用负荷侧集中补偿方式，即在低压系统（如变压器的低压侧）利用动态功率因数调整装置， 随着负荷的变化，动态地投入或切除电容器的部分或全部容量。有别于以前的无功补偿方案，如采用连续可调无功补偿装置的整体解决方案，即根据所要补偿的系统，进行整体的优化设计，在集中、分散、当地之间合理分配补偿容量。合理进行补偿地点的定位，以达到整体最优补偿的效果。而不是把它们割裂开来分别进行，从而既节省了投资，又提高了整体效益。

2、态无功补偿方式。无功补偿分为变电站集中补偿、线路分散补偿、用户端的当地补偿。集中补偿和分散补偿是针对高压（10 kV及以上）的无功补偿；当地补偿是低压无功补偿（380 V）。理论上而言，无功补偿最好的方式是，在哪里需要的无功，就在哪里补偿，整个系统将没有无功电流的流动。在实际电网当中，这是不可能做到的。因为无论是变压器、输电线路还是各种负载，均会需要无功。所以实际电网当中就补偿装置的安装位置而言，有如下补偿方式：（1）变电所集中补偿；（2）配电线路分散补偿；（3）负荷侧集中补偿；（4）用户负荷的就地补偿。对于铁路低压配网无功补偿，通常采用负荷侧集中补偿方式，即在低压系统（如变压器的低压侧）利用动态功率因数调整装置，随着负荷的变化，动态地投入或切除电容器的部分或全部容量。有别于以前的无功补偿方案，如采用连续可调无功补偿装置的整体解决方案，即根据所要补偿的系统，进行整体的优化设计，在集中、分散、当地之间合理分配补偿容量。合理进行补偿地点的定位，以达到整体最优补偿的效果。而不是把它们割裂开来分别进行，从而既节省了投资，又提高了整体效益。动态可调的无功补偿装置，在无功补偿方面也提出了一些独有的新的理论，在供电系统无功补偿方面具有广阔的发展前景。

3、动态无功补偿的选择

（1）补偿容量的确定。考虑到动力类负荷，估计配变的功率因数在0.75左右，设计在满负荷状态下功率因数提高到0．90。由此可得出应补偿的容量为：

根据以往铁路配电网的运行经验，补偿容量一般应为变压器额定容量的20％一30％。

（2）补偿方式的选择。补偿方式分为三相共补、分相补偿和混合补偿（即共补加分补）。一般而言，当需要补偿的容量超过60 kvar时，采用混合补偿是比较合适的，既可照顾到三相之间的不平衡，与分相补偿的效果完全相同，又可以降低成本。

（3）补偿级数的选择。补偿级数即补偿电容器的分组数量越多，补偿的精度越高。但随着补偿级数的增加，装置的成本会大幅度提高，而且箱壳的体积也会增大。综合考虑补偿精度、成本、箱体体积等因素，我们建议采用ll级非常容量补偿，前9级为等容量以满足基本补偿，后2级为小容量以提高补偿精度。

（4）控制目标的选择。通常的控制目标为：功率因数、无功功率、无功电流、电压。根据具体情况，以挖掘配变的容量为主要目的，所以电压不应该成为控制目标。以功率因数为检测量的缺点是，轻载时容易产生投切振荡，重载时补偿不充分；以无功功率为检测量，则检测量和控制目标量相同，检测精度低。所以应采用无功电流为检测量，无功功率为控制目标。

总之，采用先进的动态无功补偿装置，可解决动态情况下的无功快速跟踪补偿问题，在预防因无功功率短缺而造成的电压快速崩溃方面，具有广阔的前景。

参考文献

[1]刘明强.铁路配电系统电能质量综合补偿技术[J].中国铁路，2018（11）：48-51.

[2]周志成.铁路配电系统变电所功率因数分析及处理方案[J].电气化铁道，2019（6）：17-19.