浅析补偿装置对10kV电力供电系统供电质量提高的重要性
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【摘 要】本文通过对我国高速铁路（客运专线）电力供电系统损耗和供电质量进行分析，提出补偿装置的合理运用对提高供电质量起到的重要作用。
【关键词】补偿装置；功率因数
1.引言
我国铁路电力供电系统为除列车牵引供电以外的铁路设施供电，统通常采用以电缆为主的形式从地方变电站接引两回路10kV电源，通过铁路配电所向铁路车站、区间的信号、综合用电设备供电。为保证供电安全性与可靠性，解决长距离、轻负荷的区间贯通线供电质量，通常结合沿线信号中继站箱式变电站设置并联电抗器补偿并在配电所利用动态补偿装置综合进行补偿的方法，动态维持系统的无功平衡，提高供电质量。
2、电缆线路对电压、电流的影响及解决方案
目前高速铁路电力系统基本全線采用10kV交联单芯电缆贯通线，由两端10kV配电所经调压器为沿线通信基站、信号中继站等负荷供电。以我国第一条高寒地区高速铁路哈大客专为例，典型10kV配电所供电主接线图：
因采用单芯全电缆贯通线，导致电缆线路工作电流容性大，铁路贯通线负荷小，区间供电点的变压器容量为5-50kVA，电缆电流在长电缆线路中产生末端电压升高，并且线路中电流由于电缆充电产生的容性电流也相应提高，容性无功量大，导致供电系统功率因数降低，功率因数的降低不仅影响电能质量，而且会产生大量谐波，进而影响供电系统的可靠性。
根据现场监测数据与理论探讨得出：哈大客专贯通线1*70mm ?的电缆每公里容性电流为0.35A；1*95mm?的电缆每公里容性电流为0.4A。哈大客专普兰店至瓦房店区间长度为37km，此区间产生容性电流约12.9-14A，为了保证线路供电质量，在线路中设置了电抗器
根据实际测量，在不同情况下录得数据为：当普兰店至瓦房店区间贯通线空载时，线路不投入并联电抗器时，贯通线末端电压抬升最大，抬升约9%-10%，电流亦增加12.9-14A；贯通线路投入负载后，不投入电抗器，末端电压依然抬升，较首端抬升约6%-8%，电流增加10-12A，数据差异的原因为负载电流呈感性，抵消了部分电缆容性电流。
表2
根据上述数据显示如果线路带电情况下，投入相应的电抗器可抵消电缆产生的容性电流，保证线路空载时供电质量与安全可靠。
为保证贯通线运行空载和带负荷运行时的电能质量，在贯通线中根据线路长度设置并联电抗器，抑制长电缆线路电压抬升及电缆产生的容性电流，具体投入电抗器的数量及容量根据线路负荷的情况而定。在线路两配电所之间设置并联电抗器能较好的控制线路电压，并将并联电抗器的投切纳入电力远动系统，实现远程控制，以保证空载和负荷投入期间的电压、电流及供电质量，设备正常运行。
3、无功的补偿
哈客专电力线路全部由单芯电力电缆敷设完成，故电力线路呈现容性，而铁路用电设备多为照明、电机和电子类，多呈感性，且容量大小处于不定状态，贯通线空载时向地方电网返送的容性无功量大，贯通线路有负载时较空载返送容性无功量小。
贯通线上的固定电抗器能补偿部分容性无功，但固定电抗器容量不可调，补偿不能完全匹配，存在过补偿或欠补偿的情况，无法满足功率因数的补偿精度要求，同时考虑一组固定电抗器检修或损坏时，保证铁路正常供电质量，在动补装置中设了两组一定容量的电抗器。
基于上述要求，为保证铁路配电所电源供电质量，在配电所增加了动态补偿装置，要求电源的功率因素补偿至0.9-1之间。哈大客专全线电力系统在配电所母线上设置高压TSC/L双向动态无功功率补偿装置，该设备采用全数字化智能控制系统，响应时间短，对系统电压、无功的变化情况，自动跟踪，动态投切补偿。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，功率因数绝对值低于设定值时，控制系统根据系统电压、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，动态响应速度快，节能效果明显。
对于双向动态补偿装置，电抗器输出的是感性无功，不要补偿系统容性无功，TSC可控硅动态无功功率补偿装置输出容性无功，TSC/L感性无功与容性无功相结合综合调节，实现双向补偿，能很好的满足各种工况下的无功补偿需要。
4、结语
通过对10kV供电线路容性和感性的实际测量与论证，相应地投入补偿装置，对供电质量的提高很有效，同时提高了安全与可靠性。高速铁路技术的发展已日趋成熟，因此对铁路供电系统中无功补偿技术的要求也会越来越高，科学技术进一步发展，必将有更多更好的无功补偿技术被广泛应用于高速铁路供电系统中，让我们的铁路供电系统更安全、更可靠。
参考文献：
[1]《高速铁路设计规范》TB 10621—2009
[2]张利生.电网无功控制与无功补偿.北京：中国电力出版社，2012.
（作者单位：中铁物贸集团有限公司轨道集成分公司）
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