高速铁路电力系统10kV贯通线路补偿方式的比较.pdf
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1、2 0 1 3年 1 0月 第 4卷 第 5 期 高速铁路技术 HI GH SPEED RAI LW AY TECHNOLOGY No 5, Vo 1 4 0c t 201 3 文章编号 :1 6 7 4 - - 8 2 4 7 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 5 5 0 4 高速铁路 电力系统 1 0 k V贯通线路补偿方式的比较 荆、 大航 ( 北京中铁建电气化设计研究院有限公司, 北京 1 0 0 0 4 3 ) 摘要: 针对 目前高速铁路电力供电系统 1 0 k V贯通线路采用全电缆供电, 通过对京沪高速铁路 、 哈大高速铁 路、 京石武高速铁路采用的补偿方式的简要介绍, 比较分析
2、 3种补偿装置的优缺点。分组投切电抗器成套装 置补偿特性不平滑, 补偿精度较低。相控电抗器型补偿装置补偿精度高, 但设备庞大、 复杂, 自身产生谐波, 建设投资和后期运营维护费用较大。磁阀式可控电抗器型补偿装置补偿精度高、 可靠性高、 基本无谐波污 染、 体积小 , 能较好地满足电力系统对功率因数的要求, 减少高速铁路建设投资和后期运行成本。 关键词: 高速铁路 ;电力系统;1 0 k V贯通线路 ; 补偿方式; 磁阀式可控电抗器型补偿装置 中图分类号 : U 2 2 3 5 3 文 献标 志码 : A Co mp a r i s o n o f Co mp e n s a t i o n M
3、 o d e s o f 1 0 k V Th r o u g h Li n e i n Po we r S y s t e m o n Hi g h- s p e e d Ra i l wa y S UN Da- ha ng ( ( B e i j i n g )C h i n a R a i l w a y C o n s t r u c t i o n E l e c t ri f i c a t i o n D e s i g n&R e s e a r c h I n s t i t u t e , B e i j i n g 1 0 0 0 4 3 , C h i n a ) Ab
4、 s t r a c t : At p r e s e n t a l l 1 0 k V t h r o u g h l i n e s i n p o we r s u p p l y s y s t e m o n t h e h i g h s p e e d r a i l w a y a r e c a b l e p o we r s u p p l y l i n e T h r o u g h t h e b ri e f i n t r o d u c t i o n t o c o m p e n s a t i o n mo d e s u s e d o n B e
5、i j i n g S h a n g h a i h i g h s p e e d r a i l w a y ,H a e r b i n D a l i a n h i g h - s p e e d r a i l w a y , B e i j i n g S h i j i a z h u a n g Wu h a n h i g h s p e e d r a i l w a y , t h e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f t h r e e k i n d s o f c o mp e ns
6、a t i o n d e v i c e a r e c o mp a r e d a n d a n a l y z e dA c o mp l e t e s e t o f c o mp e n s a t i o n d e v i c e wi t h p a c ke t s wi t c h e d r e a c t o r i s n o t s mo o t h i n c o mp e n s a t i o n c h a r a c t e r i s t i c a n d l o w i n c o mp e n s a t i o n a c c u r a
7、c y Th e c o mp e n s a t i o n d e v i c e wi t h p h a s e d r e a c t o r i s h i 【g h i n c o mpe ns a t i ng p r e c i s i o n,bu t t h e e q u i p me n t s e l f i s l a r g e a n d c o mp l e x a nd g e n e r a t e s h a r mo ni c s, mo r e o v e r,c o n s t r u c t i o n i n v e s t me n t a
8、 nd o p e r a t i o n ma i n t e n a n c e c o s t i s l a r g e r W h i l e c o mp e n s a t i o n d e v i c e wi t h ma g n e t i c v a l v e c o n t r o l l a bl e r e a c t o r i s h i g h i n c o mpe n s a t i o n p r e c i s i o n a n d r e l i a b i l i t y,s ma l l i n s i z e a nd h a s a l
9、 mo s t n o h a r mo n i c p o l l u t i o n,i t c a n me e t t he r e q ui r e me n t s o f t h e p o we r s y s t e m t o p o we r f a c t o r a n d r e d uc e t h e c o n s t r uc t i o n i n v e s t me n t a n d o pe r a t i o n c o s t o f hi g h s p e e d r a i l wa y Ke y wo r ds: h i g h s p
10、 e e d r a i l wa y;p o we r s y s t e m ;1 0 k V t h r o u g h l i ne;c o mp e ns a t i o n mo d e;c o mp a ris o n a n a l y s i s 引言 为保证供电可靠性, 目前高速铁路电力系统基 采用全线修建 2条 1 0 k V交联非磁性铠装铜芯单芯 缆贯通线路 , 由两端 1 O k V配 电所经调压器为沿 通信基站 、 信号中继站等负荷供电。该 电缆线路产 的对地充电容性无功成为 配 电所功率 因数低 引、 载调压器过负荷的主要原因。为提高功率因数和保 收稿 日期 :
11、2 0 1 3 - 0 5 - 2 3 作者简介 : 孙大航 ( 1 9 8 5 ) , 男 , 助理工程师。 设备安全 , 1 0 k V贯通线路需要设置无功补偿装置 。 2 高速 铁路 电力贯通 电缆 线 路 补偿 方式 目 前高速铁路主要补偿方式为: 结合沿线信号中 继站箱式变 电站, 设置并联 电抗器作 为基本补偿 , 另在两 考 端 1 0 k V配 电所集中设置动态无功补偿装置。 虑到线路负荷率 , 基本设计思想为按线路 总容 性无功功率的 8 0 8 5 , 设置并联电抗器, 提供基 本感性无功补偿容量 , 再于两端 1 0 k V配电所 , 设置数 百 k v a r内的动态补
12、偿装置 ( S V C ) 。 a 本 电 线 生 有 护 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 孙大航: 高速铁路电力系统 1 O k V贯通线路补偿方式的比较 2 0 1 3年 1 0月 动态无功补偿 型式主要有 S V G、 T C R、 MC R、 分组 投切电抗器等。目前高速铁路 电力工程设计暂不采用 S V G补偿装置方案 J 。本 文主要介绍分 组投切 电抗 器型 、 相控 电抗 器 型 ( T C R) 、 磁 阀式 可控 电抗 器 型 ( MC R) 3种补偿装置。 3 京沪高速铁路动补型式 ( 蚌埠南站 ) 供应商如表 1 所示 。 表
13、1 分组投切电抗器成套装置主要元器件及供应商表 序号 主要元器 件 供应商 1 负荷开关 福建山亚 2 真空断路器 上海森源 3 干式电抗器 浙江广天 4 微机无功控制器 珠海万利 达 5 高压真空接触器 厦 门 A B B 京沪高速铁路 采用分组投切 电抗器成套 补偿 装 平面布置如图 3所示。 置 , 其一次方案如 图 1所示。 _ 鱼 鱼 ( 士 ) L ? 引自1 0 k V配电所 3 6 k v a r 7 2 k v a r 1 4 4 k 无功补偿抠 图 1 分组投切电抗器成套装置一次方案图 分组投切电抗器成套装置总补偿容量为 2 5 2 k W, 分为 3 6 k W、 7 2
14、 k W、 1 4 4 k W 3组 , 利用微机无 功控制 一 器对贯通 、 自闭馈线端进行采样后 , 根据功率 因数按照 一 定的寻优模式采用高压真空接触器控制电抗器投 切 , 进而达到对贯通 电缆所产生 的容性 电流补偿 的 目 的, 使系统功率因数补偿到 0 9 1 左右( 如图2 ) 。 图2 分组投切电抗器成套装置( 蚌埠南站) 分组投切电抗器控制系统按无功量大小 自动选择 匹配电抗器逐个投入和切除 , 并兼顾动作次数 , 实行均 衡投切 , 不会 出现投切振荡 。该装置具有手动和 自动 2种控制方式 。当设 置在 自动档时 , 控制器功率 因数 整定范围为 0 9 0 9 5 ,
15、 即功率 因数在 0 9以下时必 须投入 , 在 0 9 5以上时必须切除 , 功率 因数在 0 9 0 9 5时装置不动作。 分组 投 切 电 抗 器 成 套 装 置 可 以实 现 3 6 k W, 7 2 k W, 1 0 8 k W, 1 4 4 k W, 1 8 0 k W, 2 1 6 k W, 2 5 2 k W 共 七级 , 步长为 3 6 k w 的级调 ( 非连续) 感性无功输出。 其补偿效果为离散式 阶梯补偿 , 虽然能根据系统所需 补偿量 自动调节补偿设备输 出容量 , 但其必然会 出现 过补偿和欠补偿的现象 。该补偿装置的主要元器件及 电抗器柜 电抗器柜 电抗器柜 进线
16、柜 占地面积 = 2 ( 3 7 5 m 1 4 m)=1 0 5 m 图3 分组投切电抗器设备布置简图 ( 综合贯通侧) ( 单位: m m) 4 哈大高速铁路动补型式 ( 沈哈段 ) 哈大高速铁路采用相 控电抗 器型 ( T C R) 补偿装 置 , 其一次方案如图 4所示 。 1 0k v J x 母线 图4 T C R型 S V C一次方案图 T C R型 S V C可根据系统 电压 、 无 功的变 化情况 , 自动跟踪 , 动态投切补偿 , 使功率因数补偿至要求的范 围内。当功率因数绝对值高于设定值时, 动补不投入 或自动退出运行; 当功率因数绝对值低于设定值时, 控 制系统根据系统
17、电压 、 无功的变化情况 , 实现脉冲的发 生和分配功能 , 实现 自动调节, 平滑补偿功率因数至要 求的范围。 该补偿装 置 由降压变压器 、 晶闸管控制 电抗器 ( T C R ) 及控制系统等构成, 通过连续调节其自身的无 功功率来实现功率补偿的。在高速铁路 电力系统 中, 用 Q 表示系统总无功功率 , Q 为沿线 中继站并联 电 抗器的无功功率 , Q 为 晶闸管控制 电抗器 的无功功 率 , Q 为1 0 k V贯通线 电缆线路的无功功率。上述平 衡过程可以用 以下公式来表达 : 一+ 一 0 0 寸_I 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期
18、 孙大航: 高速铁路电力系统 1 0 k V贯通线路补偿方式的比较 2 0 1 3年 l O月 Q =Q +Q Q :常数 = o ( 1 ) 如图 5所示 , A为系统工作 点。l O k V贯通线 电 缆线路产生容性无功 Q , 沿线中继站并联 电抗器提供 固定的感性无功 Q 正常情况下前者大于后者 , 多余 的容性无功由T C R平衡。当 1 O k V贯通线电缆线路 Q 变化 时 , s v c控制 系统 调节 T C R 电流从 而 改 变 Q 实时跟踪抵消 , 动态维持系统的无功平衡。 画 0 Q 图 5 高速铁路贯通 电缆 线路无功补偿原理示意 图 T C R的基本结构是 2个反
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