[实用新型]电铁牵引供电系统无功动态补偿装置

说明书

本实用新型涉及电气化铁道牵引站的无功功率补偿装置，更具体地，涉及电铁牵引站低压无功动态补偿装置。

我国电气化铁道发展很快，其供电网为额定电压25KV，通常按27.5KV运行。电铁供电网的负载有如下特性：

(1)．间歇性冲击负荷：由于在一个供电区内的列车数目及位置每时每刻都在变化，每列车牵引重量和运行状态也不尽相同，因此供电区馈线牵引负荷实际上是在不断的大幅度变化。机车在长大坡道线路上爬坡，行驶中的频繁换级和启停又造成有功功率和无功功率的不断冲击，引起电压大幅度波动，特别是在机车分相或分段时产生的励磁涌流对电力系统安全运行危害很大。

(2)．流动性非均衡负荷：电力机车是一个移动负荷，供电区负荷率很低，平均小于10％，但高峰负荷却很大，特别是铁路运输正向高速方向发展，最大负荷电流已接近甚至超过了线路最小短路电流，而且全天用电无避峰条件，使整个供电系统运行恶化，并造成发电和送变电设备的巨大浪费。

(3)．不对称负荷：单相区段供电必然造成电力系统不对称运行，机车电力负荷向电网注入大量负序电流并引起三相电压严重不平衡，这些负序分量会危害电厂发电机正常工作，也造成该供电系统内的电动机发热甚至烧毁。

(4)．谐波严重：电力机车是一个非对称谐波源，谐波电流含有率达23％以上，这已大大超过国家标准。这些谐波不仅危害牵引供电系统的安全运行，使通讯线路受到大量干扰，而且上窜到上一级电网，造成电能质量大面积恶化，已成为“公害”。

(5)．功率因数低：据对多种电力机车功率因数测定表明，各类机车平均功率因数不足0.8，有的甚至低至0.5，由于功率因数过低，每年征收的罚款以北京局为例，1996年已达1700万元。

综上所述，电气化铁路负荷状态极其恶劣，它使牵引供电系统电能质量严重恶化并造成电能巨大浪费，同时也使机车牵引力大大下降，因而降低了整个线路的运输能力。

面对牵引供电系统电能质量的恶劣状态，我国目前广泛采用的在牵引供电母线两臂分别装设固定连接的滤波器的补偿方式，对建立无功电源、提高功率因数具有一定的作用，但是这种补偿方式存在重大缺陷：当牵引变承受电力机车牵引负载时或当电网电压水平降低时不能因应提高电压(例如供电网始端电压＜21KV，末端电压＜19KV)，因而大大损失了机车有效出力，使牵引电机过载，严重影响牵引电机的使用寿命甚至损坏，增大机车大修费用；由于它不能根据负荷状态的变化进行无功补偿的调节控制，因而无法对随机频繁的冲击阶跃动态负荷进行跟踪补偿，往往不是欠补就是过补，补偿效果很差，补偿后的功率因数远低于国家标准；由于它在机车通过后或停车时都不能自动切除电容器，造成无功返送电网，引起无行车期电压大幅度上升，严重影响电气设备的安全运行；无论欠补还是过补，无功潮流都增大了线路和变压器的损耗，造成电能的巨大浪费；由于它不能分相调节，因此也无法解决非对称性负荷造成的三相不平衡；由于它不能根据负荷谐波分量的变化进行滤波器的投切调整，因此它的滤波效果也是很差的，有时甚至会造成系统谐振。

事实证明这种静态补偿方式根本不能满足电铁牵引变电所的电压和无功控制要求。

国外部分发达国家已有采用具有平衡化功能的SVC装置，一种由分相TCR和TSC所组成的控制系统。

国内曾对SVC应用到我国电气化铁道上也作过不少研究，但是该装置价格昂贵，能耗费和运行费甚高，并不适合我国当前的国情，因此至今未能实际运用。

本实用新型的目的是提供一种低压无功动态补偿装置，由其控制投切滤波器组，按机车负荷无功电流值调节投切补偿容量，从而全面改善上述电铁电网牵引站工作质量。

本实用新型的技术方案为：一种电铁牵引站低压无功动态补偿装置，包括至少一组滤波器，其特征是具有协调变压器(Tn)，其数目和所述滤波器组相对应，相互并联于牵引站供电网上；所述至少一组滤波器各自经无触点投切开关接于所述协调变压器低压绕组，通过协调变压器耦合于牵引站供电网端；所述各组滤波器由调谐于指定谐波的滤波电感(Ln)及滤波电容(Cn)构成。所述投切滤波器的无触点开关可以是形成半控式晶闸管管阀，它由反并联连接的晶闸管(Vn)及整流管(Dn)组成。本方案中半控式晶闸管阀对滤波器作快速投切。

滤波器组可由二个或二个以上分支并联构成，各分支各具有该组滤波器总量的一部分。

本实用新型方案的示意图示于图1，该图中表示了只有一组变压器一滤波器，但滤波器有三个分支，滤波电感及电容均由半控式晶闸管阀接到各自的变压器低压绕组。