許聰銳

【摘 要】對高速鐵路配電所無功補(bǔ)償進(jìn)行研究，分析了分組投切電抗器、SVG靜止無功發(fā)生器、TCR晶閘管控制電抗器、MCR磁控可調(diào)電抗器等電氣設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)和局限性，結(jié)合鐵路供電方案的實(shí)際情況，總結(jié)高速鐵路配電所無功補(bǔ)償建議及需要考慮的關(guān)鍵因素。

【Abstract】This paper mainly studies the reactive power compensation of high-speed railway power distribution， analyzes the advantages and limitations of the electrical equipment such as packet switching reactor， SVG static var generator， TCR thyristor controlled reactor， and MCR magnetic controlled reactor. Combined with the actual situation of railway power supply scheme， the paper puts forward the suggestion of reactive power compensation and key factors to be considered.

【關(guān)鍵詞】高速鐵路；無功補(bǔ)償；電力配電所

【Keywords】high-speed railway； reactive power compensation； power distribution station

【中圖分類號(hào)】U233 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）05-0179-02

1 概述

在高速鐵路中，為提高供電可靠性和安全性，減少維護(hù)量，電力貫通線一般采用全電纜敷設(shè)方式，電力電纜電容電流很大，導(dǎo)致配電所兩端供電臂末端電壓升高，超過允許的范圍，因此必須采取措施加以調(diào)節(jié)。通常在10kV貫通線每隔10km距離設(shè)置小容量固定式電抗器補(bǔ)償，另外在10kV配電所母線段上設(shè)置無功補(bǔ)償裝置。由于高速鐵路貫通線負(fù)荷處于不斷變化，固定式電抗器不能實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷變化，補(bǔ)償精度不高，有些時(shí)段欠補(bǔ)償或過補(bǔ)償，甚至有可能導(dǎo)致并聯(lián)諧振問題，因此10kV配電所應(yīng)安裝動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行無功補(bǔ)償。

2 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的選擇

2.1 分組投切電抗器

2.1.1 工作原理

分組投切電抗器采用真空接觸器投切多組并聯(lián)電抗器，投切時(shí)不對系統(tǒng)造成沖擊，以功率因數(shù)為投切信號(hào)，投切控制器一般調(diào)整范圍為0.9～0.95，即功率因素在0.9以下時(shí)必須投入，在0.95以上時(shí)必須切出，功率因數(shù)在0.9～0.95之間裝置不動(dòng)作。

控制器采用先進(jìn)的數(shù)碼編組方式，按無功容量大小自動(dòng)選擇匹配電抗器逐個(gè)投入和切除并兼顧動(dòng)作次數(shù)，實(shí)行均衡投切，不會(huì)出現(xiàn)投切振蕩。以最少的電抗器組數(shù)實(shí)現(xiàn)最佳的電抗量控制，例如三組電抗器可產(chǎn)生七種電抗量，控制更精確，減少成套的成本和空間。

2.1.2 主要優(yōu)缺點(diǎn)

分組投切電抗器的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償，投切簡單、靈活。

缺點(diǎn)是按分組逐級調(diào)節(jié)無功，不能做到平滑的無級補(bǔ)償；電抗器由于頻繁投切而產(chǎn)生的涌流和過壓，使電抗器壽命大幅縮短，一次接線復(fù)雜。

2.2 SVG靜止無功發(fā)生器

2.2.1 工作原理

SVG靜止無功發(fā)生器是將電壓型自換相橋式電路通過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，當(dāng)只考慮基波頻率時(shí)，SVG動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置可等效視為幅值和相位均可控的一個(gè)與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源，適當(dāng)調(diào)節(jié)交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，當(dāng)其幅值大于系統(tǒng)側(cè)電壓幅值時(shí)輸出容性無功，小于時(shí)輸出感性無功。

靜止無功發(fā)生器中最核心的器件是變頻器，如果變頻器的脈寬恒定，通過改變系統(tǒng)電壓與變頻器輸出電壓間夾角，變頻器DC側(cè)的電容電壓可以得到調(diào)節(jié)，使逆變器產(chǎn)生滿足要求的無功補(bǔ)償電流，使SVG發(fā)出或者吸收無功功率。

2.2.2 主要優(yōu)缺點(diǎn)

SVG靜止無功發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間快、運(yùn)行范圍寬，既可補(bǔ)充感性負(fù)荷，也可以補(bǔ)償容性負(fù)荷，高次諧波含量低，占地面積小，安全性高。

缺點(diǎn)是控制復(fù)雜，成本高。

2.3 TCR晶閘管控制電抗器

2.3.1 工作原理

TCR晶閘管控制電抗器是由晶閘管直接控制電抗器，其觸發(fā)角的可控范圍是90°～180°，改變控制晶閘管的觸發(fā)控制角，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流，從而導(dǎo)致電抗器吸收無功功率的變化。

控制器首先對電壓、電流進(jìn)行采樣檢測，根據(jù)檢測量的大小及給定輸入量的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的觸發(fā)角以改變流過電抗器的電流，以調(diào)節(jié)補(bǔ)償系統(tǒng)無功功率。

2.3.2 主要優(yōu)缺點(diǎn)

TCR晶閘管控制電抗器的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)較快、連續(xù)的無功功率調(diào)節(jié)，具有反應(yīng)時(shí)間快、運(yùn)行可靠、無級補(bǔ)償、可分相調(diào)節(jié)、能平衡有功、適用范圍。

缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，損耗大，任何一只SCR擊穿，都會(huì)使晶閘管整體損壞，對冷卻要求嚴(yán)格，設(shè)備造價(jià)、建設(shè)施工及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用很高，對維護(hù)人員要專門培訓(xùn)以提高維護(hù)水平。

2.4 MCR磁控可調(diào)電抗器

2.4.1 工作原理

MCR磁控可調(diào)電抗器采用直流勵(lì)磁原理，通過調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)控制角，利用附加直流勵(lì)磁磁化鐵心，改變鐵心磁導(dǎo)率，實(shí)現(xiàn)電抗值的連續(xù)可調(diào)，改變電抗器感抗電流，以投入的電抗器感性無功容量變化來補(bǔ)償系統(tǒng)容性無功。

控制器對電壓、電流進(jìn)行采樣檢測，根據(jù)檢測量的大小及給定輸入量的大小，產(chǎn)生相應(yīng)的晶閘管觸發(fā)脈沖以改變鐵芯磁飽和度，以調(diào)節(jié)補(bǔ)償系統(tǒng)無功功率。

2.4.2 主要優(yōu)缺點(diǎn)

MCR磁控可調(diào)電抗器的優(yōu)點(diǎn)是功率因數(shù)可以達(dá)到0.99，無功補(bǔ)償容量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無級調(diào)節(jié)，不產(chǎn)生諧波，可靠性高、維護(hù)簡單，使用壽命長，應(yīng)用電壓等級廣泛。

缺點(diǎn)是相對于TCR晶閘管控制電抗器，其諧波水平、損耗、占地面積都要小，安裝方便，但調(diào)節(jié)時(shí)間長，成本高，溫升和噪音是需要控制的。

3 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用對比

本著合理、成熟、經(jīng)濟(jì)的原則，選擇分組投切電抗器、SVG靜止無功發(fā)生器、TCR晶閘管控制電抗器、MCR磁控可調(diào)電抗器進(jìn)行對比分析。綜合以上研究，動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置對比特點(diǎn)如表1。

4 結(jié)語

①通過對高速鐵路電力無功補(bǔ)償方案的研究，區(qū)間10kV貫通線路上應(yīng)分散設(shè)置小容量固定式電抗器，10kV配電所母線上應(yīng)集中設(shè)置小容量的自動(dòng)調(diào)節(jié)的電抗器組。

②通過比較不同動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置優(yōu)缺點(diǎn)，建議高速鐵路電力配電所選用MCR磁控可調(diào)電抗器和SVG靜止無功發(fā)生器。兩種裝置均比較可靠。

③SVG靜止無功發(fā)生器雖然價(jià)格高，但隨國產(chǎn)技術(shù)水平的進(jìn)步和進(jìn)口電子部件價(jià)格的降低，其技術(shù)會(huì)越來越成熟，裝置價(jià)格會(huì)越來越低，應(yīng)用案例會(huì)越來越多[1]。

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，相信會(huì)有越來越多新的無功補(bǔ)償技術(shù)，如TSC+電抗器、STATCOM等被應(yīng)用于高速鐵路電力供電系統(tǒng)中來，使高速鐵路供電技術(shù)更先進(jìn)、更可靠、更安全。

【參考文獻(xiàn)】

【1】周建豐，顧亞琴.無功補(bǔ)償裝置的發(fā)展及性能比較分析[J].四川電力技術(shù)，2007， 30（4）：59-62.