試分析鐵路牽引供電功率因數(shù)的相關(guān)影響

陳絲琴

(河北省肅寧縣朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司,河北 肅寧 062350)

試分析鐵路牽引供電功率因數(shù)的相關(guān)影響

陳絲琴

(河北省肅寧縣朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司,河北 肅寧 062350)

牽引供電系統(tǒng)功率因數(shù)在電氣化鐵路中有高有低,對電力網(wǎng)中的功率損耗與電能損耗造成了直接影響.本次研究清晰地呈現(xiàn)了鐵路牽引供電功率因數(shù)的相關(guān)影響關(guān)系,豐富了與此有關(guān)的研究.

鐵路;牽引供電;功率因數(shù)

牽引供電系統(tǒng)功率因數(shù)和牽引網(wǎng)的電壓損失與電壓波動的關(guān)系較為密切,此外,很大程度上影響到節(jié)約電能及整體供電區(qū)域的供電質(zhì)量.現(xiàn)階段使用方法中的補(bǔ)償辦法已經(jīng)無法滿足時代的發(fā)展需求,抑或出現(xiàn)了補(bǔ)償效果欠佳方面的問題,為使?fàn)恳到y(tǒng)的功率因數(shù)在既有基礎(chǔ)上得到進(jìn)一步提高,需要采取一定的手段來實現(xiàn)這一結(jié)果.

1 功率因數(shù)與電力系統(tǒng)的關(guān)系

電氣化鐵路為單相負(fù)荷,三相交流進(jìn)線應(yīng)用在牽引變電所中,為使三相側(cè)的不平衡得以減少,分兩組單相功率為接觸網(wǎng)提供電能.因為牽引負(fù)荷增多,三相電壓不平衡與電壓波動出現(xiàn)在小容量電源系統(tǒng)中,其波動比較大.牽引變電所借助牽引變壓器把電力系統(tǒng)中的三相交流電轉(zhuǎn)化,變成相位差90°的A單相交流與B單相交流,各自為牽引網(wǎng)的兩個電臂提供電能.該牽引變壓器在電能供應(yīng)上依照了A、B各自相等的單相負(fù)荷功率,如果功率因數(shù)相等,則三相側(cè)能夠充分保持平衡.而因為運行圖多次運行使得電力機(jī)車負(fù)荷不斷減速,由牽引至再生負(fù)荷功率存在較大范圍地變動.

2 電氣化鐵路的功率因數(shù)

功率因數(shù)即線路在電力網(wǎng)中有功功率和視在功率所占的百分比.電力網(wǎng)在運轉(zhuǎn)過程中,當(dāng)功率因數(shù)逐步增大,表示最好,如此電路中多數(shù)視在功率用于供給有功功率,以讓無功功率的消耗減少.用戶功率因數(shù)或高或低,其高低明顯影響電力系統(tǒng)發(fā)電設(shè)備及供電設(shè)備等的有效利用.合理地提升用戶的功率因數(shù),能使上述設(shè)備的生產(chǎn)能力得到有效提升,降低線路損耗,改進(jìn)電能質(zhì)量,可提高用戶用電設(shè)備的工作效率,實現(xiàn)用戶電能節(jié)約的目的.為此,提升用戶功率因數(shù),明顯降低電能損耗,少使用用戶電費,帶來明顯的經(jīng)濟(jì)與社會效益.現(xiàn)階段電力機(jī)車應(yīng)用在電氣化鐵路中多為整流型的電力機(jī)車,自然功率在0.80~0.85.因為牽引網(wǎng)阻抗對其造成影響,牽引變壓器低壓一端的功率因數(shù)要減0.80~0.84(取數(shù)值0.80~0.82).因為牽引變壓器阻抗是影響之一,其高壓側(cè)功率因數(shù)將降至0.75~0.79(取平均數(shù)值0.77~0.78).

3 功率因數(shù)偏低影響

如果功率因數(shù)降低,變?yōu)?.28,線路上的功率損失將會增多,增長幅度為137%.當(dāng)前電費辦法給出一定規(guī)定:如果cosφ≤0.64,當(dāng)每降低0.01,多收取總電費的2%;如果cosφ=0.69-0.65,當(dāng)每降低0.01,則多收取總電費的1%;如果cosφ=0.89-0.7,當(dāng)每降低0.01,則多收取總電費的0.5%.

4 新式的供電無功補(bǔ)償手段

(1)SVC無功補(bǔ)償工作原理.對SVC無功補(bǔ)償裝置工作原理圖進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),電源電壓為U1,牽引變壓器每相的電阻、牽引變壓器每相的電抗、分別為r1、X1,牽引變電所母線電壓為U2,牽引負(fù)荷、電容器回路容性電流、SVC電容器組的容抗、電抗器的感抗分別為I1、Ic、Xc、XL,無功補(bǔ)償裝置被安裝結(jié)束后,牽引變電所的功率因數(shù)不再是cosφ1,變成了cosφ2,得到了提高.其中,在SVC無功補(bǔ)償工作原理中,電力系統(tǒng)中采用SVU,其對系統(tǒng)構(gòu)成的影響主要有以下幾種情況:①使得系統(tǒng)的暫時態(tài)穩(wěn)定性得到加強(qiáng).②對系統(tǒng)電壓起到強(qiáng)有力的支撐,避免電壓崩潰.③對系統(tǒng)振蕩起到有效的阻尼作用.③有助于補(bǔ)償不平衡電荷.④阻礙負(fù)荷側(cè)電壓波動于閃變,調(diào)整功率因數(shù).

(2)SVC無功補(bǔ)償裝置對壓損的完善.在線路等阻抗上的電流會形成電壓損耗,用U來表示,當(dāng)始端電壓和末端電壓分別為U1和U2時,那么電壓損耗U則是:,在該式子中,P、Q、Un分別表示的是有功功率(kW)、無功功率(kvar)、額定電壓(kV);R、X分別表示的是電阻、電抗(Ω).Qc容量的SVC補(bǔ)償裝置安裝在線路中后,線路電壓損耗U'可表示為,從該式中獲知,當(dāng)無功功率Q變小時,將對電網(wǎng)中無功功率的傳輸起到阻礙作用,使得線路的電壓損耗變少,進(jìn)一步提升了接觸網(wǎng)的電壓質(zhì)量.

(3)SVC無功補(bǔ)償裝置對線損的改進(jìn).線路與變壓器功率損耗在電路中的P為:

在該式中,Re、P、UN、cosφ分別表示每相導(dǎo)線的等效電阻(Ω)、線路傳輸?shù)挠泄β?kW)、運行電壓(kV)、功率因數(shù);若導(dǎo)線電阻Re與線路有功功率P不產(chǎn)生變動,線路的功率損耗隨著功率因數(shù)的平方的減小而變大,二者是一種反比關(guān)系.事實上,SUV自身也有一定的缺陷,其為阻抗型補(bǔ)償,當(dāng)電壓偏低時,它的無功輸出和電壓呈現(xiàn)一種平方關(guān)系的降低.

5 研究局限

本次研究中,在探究影響牽引供電系統(tǒng)上,從功率因素入手,提出了一種有效的方法,就是SVC靜態(tài)無功補(bǔ)償方法,在完善電系統(tǒng)功率因數(shù)方面提供了一定的理論支撐.功率因數(shù)研究正進(jìn)入深入探究中,技術(shù)得到完善,由此將產(chǎn)生許多新的工藝,到那時功率因數(shù)問題也將隨之得到一定提高.

6 結(jié)語

電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)功率因數(shù)是一項龐大的工程是項目,具有自身獨特的特點,也不乏復(fù)雜性;技術(shù)原因和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等是這方面不可忽視的影響因素.

[1]劉曉卉.電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)功率因數(shù)的改善[J].電氣時代,2015,(02):52-54.[2017-08-10].

TM922.3

A

1671-0711(2017)11(上)-0192-02