摘要：由于電氣化鐵道牽引負荷的不對稱性、隨機性和波動性等特點會在電力系統產生負序電流，造成高次諧波的含量增加以及功率因數的降低，同時對電氣化鐵路沿線的通訊線路存在干擾。降低或消除這些不良影響對電力系統而言猶為重要。

　　本文以西河牽引變電所YN，d11接線變壓器進行并聯無功補償(PRC)分析為例，從負序相量圖法得到補償方案，分析不同方案各自優缺點，從中選擇最合理的方案。

　　關鍵詞:負序電流,不對稱負載,平衡變壓器,無功補償

　　1、引言

　　1.1 課題的來源及目的

　　滬昆電氣化鐵路西河電牽所引入兩路110KV獨立電源(上渡一和上渡二)，經31.5MVA平衡變壓器降壓后向電力機車供電。電力機車采用25kV 單向工頻交流電壓，經全波整流后驅動直流牽引電動機，在架空接觸導線和鋼軌之間行駛。由于電氣化鐵路牽引負荷為流動性的大功率單相整流負荷，對電網供電的影響具有非線性、不對稱性、多變性、大功率特點，致使電網產生負序電流，給電網的正常運作帶來嚴重危害：使電網產生局部諧振，網損明顯加大，發電機轉子損壞，繼電保護和自動裝置非正常頻繁啟動，用戶電機和電容器大量燒壞或不能正常運行，小火電廠不能就近并網等危害。隨著我國電氣化鐵路的高速發展，如何使其對電力系統的影響降為最低，是必須認真思考和努力解決的問題。

　　1.2 目前限制負序采取的措施

　　為了減少單相牽引負荷對電力系統的負序影響，電力公司、牽引變電所都采取措施來限制負序電流。

　�、� 電力公司電力系統限制措施：采用大容量電源。

　　⒉ 電牽所采用的限制措施：

　�、� 采用平衡牽引變壓器，可以降低負序不平衡度;

　�、� 高壓側接入的電力系統進行換相連接;

　　⑶ 采用固定補償技術。

　　本文通過對YN，d11接線變壓器負序電流并聯無功補償方案的探討，結合西河電牽所電容補償改造工程所采用的動態無功補償平衡裝置的實際情況，進一步了解并聯動態無功補償在電氣化鐵路牽引變電所的應用價值。

　　2、 YN，d11接線變壓器負序電流并聯無功補償方案

　　2.1 YN，d11接線變壓器負序電流并聯無功補償方案

　　2.1.1通過理論計算，YN，d11接線變壓器在電力系統中引起的不平衡度為：且不產生零序分量;當n=1時，電流不平衡度為50%，與單相變壓器相比，可以顯著抑制負序電流，但不能消除負序電流。

　　2.1.2并聯無功補償方案分析

　　西河牽引變電所采用兩邊異相供電方式，此處就民兩邊異相供電補償方案進行分析。假定ac、bc兩供電臂接入對稱感性負載(電流幅值： 1000 A;功率因數角： )。左邊供電臂牽引網的電壓是ac相;右邊供電臂牽引網的電壓是bc相，兩供電臂為 接線。

　　根據負序電流相量圖，補償負序電流的方案有以下兩個：

　　方案一：

　　由相量圖可知：ac端口并聯一個電容可以補償負序電流。 為ac相負載電流的負序分量; 為bc相負載電流的負序分量; 為兩者合成負序分量。

　　　由相量圖可知：在ab端口和bc端口同時并聯電感可以補償負序電流：

　　結論：用全負序相量圖來分析并聯無功補償可以比較簡便、直觀計算出在適當端口并聯電容或電感大小。但并不是所有的補償方案都是最合理的，要考慮到技術和經濟兩方面。選擇PRC設備容量較小;不能使原有的功率因數惡化。所以要基于上述兩方面的考慮，從中選擇最佳的補償方案。

　　3、西河牽引變電所限制負序方案

　　3.1 工程簡介

　　西河牽引變電所自開通以來功率因素始終低于0.85,2005年經過對并補電容器組進行增容改造，補償效果仍未達到0.9。由此可以看出在原有的控制模式下，只改變電容器的容量是很難解決牽引變電功率因數問題。

　　西河變電所動補裝置于2009年6月開始施工，同年11月竣工并投入運行。它是在Yd11型牽引變壓器的27.5KV供電母線上，新增了一套動態無功并聯綜合補償裝置，該所可調并聯補償通過改變無功元件的電壓和電流從而實現動態無功補償的平衡方案。該補償方案的應用,減少了對供電系統不平衡的影響,取得了良好的效果。

　　3.2 動態無功補償改造工程限制負序方案

　　3.2.1 采用Yn Ⅱ平衡變壓器

　　Yn Ⅱ平衡變壓器，當兩供電臂負荷相等時，電流不平衡度為0，即不產生負序分量。但由于牽引負荷的隨機波動性，很難保證兩供電臂的負荷相等，所以實際運行中一定產生負序電流，需要采取補償措施。

　　3.2.2 采用動態無功并聯補償裝置

　　下面介紹動態無功并聯補償裝置的基本構成、調試、運行情況，濾波器、相控電抗器的過零投切波形以及補償效果。

　　(1)動態無功并聯綜合補償裝置的原理框圖

　　本所采用一種電氣化鐵道動態無功并聯綜合補償方案，如圖3-1所示。本裝置分為主回路和控制兩部分。

　　(2)無功動態并聯綜合補償裝置工作原理

　　該裝置主要原理是保證變壓器二次側節點電壓不變。設TCR感性無功相控回路和H3濾波容性無功回路，在空載運行時，保證TCR回路與H3回路功率相抵消，負荷無功不變;當機車運行時負荷無功變化，通過電流、電壓采樣計算流過TCR回路電流調節晶閘管導通角度，改變TCR回路感性無功，保證TCR回路無功與負荷無功之和與H3回路容性無功相抵消。為此新增了晶閘管1組、相控電抗器1組、濾波電抗器1組、濾波電容器6組、電流互感器2臺，手動隔離開關2臺，SVC保護測控盤1面，SVC控制柜1面。SVC控制柜沒有做好合閘準備時(正式投入，運行正常)231斷路器不能合閘，SVC柜故障時，231斷路器分閘，27.5kV進線斷路器跳閘，231斷路器同時跳閘，231斷路器跳閘未完成時，進線斷路器不能再次合閘。在總回路上設有電流速斷保護、過流保護、低電壓保護、過電壓保護，在TCR支路設有SVC過流Ⅰ段保護、SVC過熱保護、SVC晶閘管擊穿保護，H3支路設有電流速斷保護、過流保護、差電壓保護。

　　牽引供電臂上無電力機車取流時，相控電抗器吸收高壓母線上的基波無功，本系統輸出為0。

　　牽引供電臂上電力機車取流時，其補償裝置投切情況如下：

　�、佼斀佑|網電壓在19～30 kV且無功功率達到750 kvar以上時，控制系統在延時100 ms后，投入一組電容器，無功功率每增加750 kvar，就順序投入下一組電容器，直到全部電容器投入;

　　②當檢測無功功率低于550 kvar延時100 ms后，順序切除電容器組;

　�、郛敊z測無功功率突然低于100 kvar延時100 ms后，快速連續切除各級電容器組;

　�、墚敊z測網壓高于30 kV或低于19 kV時，延時500 ms后，快速連續切除各級電容器組。

　　3.2.3 功率因數比較

　　西河牽引變電所自開通后功率因素始終低于0.85,2005年經過對并補電容器組進行增容改造，補償效果仍未達到0.9。2009年11月并聯動態補償裝置投入運行，日平均功率因數達到了0.94～0.97，月平均功率因數提高到0.94～0.95。

　　綜上所述，本文提出的電氣化鐵道無功動態并聯綜合補償裝置(帶有協調變壓器的TSC+TSR可調無功補償與諧波治理方案)，經西河牽引變電所現場運行表明：電氣化鐵道動態無功補償方案在提高功率因數、降低變壓器功率損耗有明顯的經濟效果，并且運行可靠、技術上可行，值得借鑒。

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