浅析提高铁路贯通线电压质量的措施

摘要：本文主要阐述了目前铁路变配电所及贯通线中常用的提高电压质量的三种方式：1、利用变配电所10kV侧无功补偿提高贯通线路的电压质量；2、利用配电所内贯通调压器提高贯通线路的电压质量；3、利用并联电容器方式提高贯通线电压质量

关键词：电压质量、无功补偿、调压器、并联电容器

Abstract : This article mainly elaborates the common three ways of improving the voltage quality of the current railroad substation and transmission lines, they improve the voltage power lines power quality by using the substation10kV side reactive power compensation , the distribution voltage regulator and parallel capacitor method .

Key words: power quality; reactive power compensation; voltage regulator; shunt capacitor

中图分类号：TU852 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

近年来，随着我国铁路建设的蓬勃发展，贯通线作为铁路安全运营的重要保证，对铁路贯通线路的供电质量提出了更高的要求。铁路贯通线大多采用10kV供电，本文针对提高铁路10kV贯通线电压质量的方式进行一次粗浅探讨，对于更多实践性问题，还有待广大电力工程师在设计中总结和创新。

1．铁路贯通线的负荷特性

在铁路电力系统的常规设计中，一般每40~60km左右设一座10kV配电所，有的地方受外部电源条件的制约甚至达到间隔70~80km设置一座10kV配电所。铁路用电负荷较小且较分散，除车站内有生产、生活负荷外，其余用电负荷均分布在铁路区间内。在实际运行中根据贯通线供电臂长短及用电负荷大小来确定供电方式。一般为单方向供电方式，即由一个配电所单一方向向下一个配电所供电。较长的供电臂对贯通线路的电压质量和供电可靠性造成不利影响。

2．提高电压质量的措施

在目前的铁路电力设计中，常见的提高贯通线电压质量的方式有以下三种：在变配电所内设无功补偿装置的方式提，利用贯通调压器方式，及贯通线路上设置并联电容器方式。

2.1 变配电所内设置无功补偿装置

在变配电所内，为了保证供电电路的无功平衡，在设计时需要配置一定容量的无功补偿装置。补偿装置包括并联电容器、同步调相机、静止补偿器等。在35kV/10kV铁路变电所中，主要采用的无功补偿装置为并联电容器，且一般联接在变电所内10kV母线上。在设计中，并联电容器的容量一般按照变电站主变压器容量的30%配置。

变电站无功补偿的原理是利用并联电容器的投、切，改变线路无功功率的大小，调节无功功率在电抗上产生的电压降，从而达到调压的目的。

图1

如图1所示，由于电源侧为地方公网，为不可控因素。假定高压侧为无穷大系统，即母线电压U1恒定不变。

当并联电容没有投入时，变压器低压侧母线电压U2可用如下公式表示：（1）

当并联电容器投入使用时，则变压器低压侧母线电压U2’ 可用如下公式表示：（2）

分析公式（1）（2），可以看到，投入并联电容器不仅提高了系统功率因数，也对提高贯通线始端电压有一定作用。

在实际运行中，往往采用分组式的并联电容器，即根据贯通线实时电压情况，分组投入电容器。这使得无功补偿的调节更加灵活。

2.2 贯通调压器

铁路配电所内贯通线馈出均设贯通调压器。调压器工作方式分为逆调压、顺调压和常调压三种方式。逆调压是指在用电高峰时升高电压，用电低谷时降低电压。顺调压是在供电线路不长且符合变动不大的情况下，用电高峰时降低电压，用电低谷时升高电压。常调压是保持电压为一个基本不变的数值的调压方式。

调压器的工作原理是通过改变调压器一二次线圈匝数比来调节二次侧输出电压。设变压器一次侧电压为U1，二次侧电压为U2，调压器一二次线路匝数比为K，则 。可见，通过减小一二次线圈匝数比K，即可提高馈出电压U2。

铁路贯通线供电臂较长，线路末端电压低，每日内用电负荷波动不大，因此贯通调压器采用常调压的方式。根据每段线路实际运行情况，设定调压器档位。这也是提供贯通线电压最直接的方式。在实际运营中，要保证贯通线路的供电质量，需要将变电所无功补偿装置与贯通调压器配合使用，以此来提高贯通线的电压质量。

2.3 贯通线路上装设并联电容器

贯通线的负荷特性是平均负载率低，用电负荷较分散，供电臂长，线路损耗大，线路末端电压质量差。所以，也经常采用分散补偿的方式来提高线路的运行性能，降低线路损耗，提高线路电压质量。

分散补偿是指把一定容量的并联电容器安装在供电距离远、负荷重、功率因数低的架空线路上。

图2

如图2所示，假定线路AB段线路阻抗为R+jX。

当线路中并联电容器没有投入时，线路末端电压U2可用如下公式表示：（3）

当线路中并联电容器投入时，线路末端电压U2’ 可用如下公式表示：（4）

由上述公式可知，线路设分散补偿同变电所内设置并联电容器时一样，可以对贯通线的电压质量有一定程度的提高。其不同之处在于，分散式的无功补偿装置采取就地平衡无功功率的方式，针对某一段线路或某一个点进行的补偿，尽量减少线路上无功电流。并且，当线路处于轻载状态时，应防并联电容器向系统中反送无功，所以其容量选择不宜过大，应以补偿局部电网中配电变压器的空载损耗总值为度。每条线路上安装一处为宜，最多不超过两处。

分散补偿根据电压质量和负荷变化投切，使用更加灵活。但是也因为其限制条件较多，组合方式繁复，在实际中反而较少使用。

结束语

在现阶段，很多补偿装置都已经通过自动化程序进行控制。但是反复的投、切电容器，调压器调档常引起设备故障。随着我国电力技术水平的的不断发展，在保证设备运行可靠的基础上将无功补偿装置纳入自动化管理，不仅能给铁路供配电系统的管理带来便利，更能对对铁路安全行车提供保障。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。