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1、.电气化铁路自然功率因数低，现有的并联电容补偿方式难以使系统达到标准要求，影响了企业的经济效益。用磁控电抗器调节电气化铁路系统的无功功率，主要需要解决的内容有非线性电路的无功功率的测量和快速调节，保证功率因数保持在09以上。以利用直流电流控制铁芯的磁饱和度来达到平滑调节目的的磁控电抗器为补偿元件，晶闸管为执行元件，用80C196KC单片机进行控制，保证了补偿的快速性、准确性、合理性。实验和样机试运行均表明：该动态无功补偿系统能快速补偿系统无功，使功率因数保持在较高水平，很好地改善了供电质量，提高了供电系统的经济效益。1、引言随着电网规模的不断扩大，以及各种用电设备接入电网消耗大量的无功，无功不
2、足和电压波动大的问题日益突出。这时仅靠调节发电机励磁电流的手段已经不能满足要求。从20世纪初开始，人们就对无功补偿技术进行了大量的研究，为改善负荷功率因素，逐步采用了同步调相机、并联电容器、并联电抗器、串联电容器、现代静止补偿器等无功补偿手段。控制方式也有集中控制、分散控制和关联控制等方式，控制策略更是从经典控制转入了智能控制。电气化铁路是重要的电力用户，其无功问题也一直很严重。电气化铁路电力机车和牵引变电所无功补偿装置的技术状态，直接关系到运输生产的经济效益。提高电气化铁路功率因数有两种方法：一是提高负荷（电力机车）的功率因数，这可通过改造原有电力机车或研制高功率因数的电力机车来实现；二是实
3、时监测、调节系统的无功功率，使功率因数始终保持较高值。前一种方式由于需要大量的资金，短时间内还不能实现。现在比较常用的无功补偿装置有两种：一是开关投切电容器组，但是当供电馈线没有电力机车通过时，并联的电容器组向系统倒送无功，而电力部门对无功补偿装置实行反转正计（即把用户反送电力系统的无功与取用的无功电量绝对值相累加），使功率因数达不到09标准；开关投切电容器组还产生涌流和电磁暂态，造成过电压，实际运行曾出现过用开关投切电容器组而引发的系统过电压事故；二是使用晶闸管控制电抗器（TCR），但价格贵，占地面积大，谐波含量大。采用磁控电抗器配合并联电容器组（MCR型SVC），能满足电力机车运行方式多变
4、，负荷变化快的特点，并且该装置能平滑调节无功功率，造价低，可靠性高，产生谐波小，是电气化铁路系统动态无功补偿的较好选择。2、电气化铁路工况分析电气铁道电力机车牵引负荷为波动性很大的大功率单相整流负荷，对于电力系统的供电具有以下特点：（1）不对称性。在供电系统中产生负序分量。（2）非线性。在供电系统中产生高次谐波。（3）波动性。使供电系统电压波动。（4）功率大，分布广。对供电系统影响严重。21电气铁道牵引供电系统电气铁道的供电是在铁道沿线相隔一定距离建立若干个牵引变电站，由电力系统110KV( 三相双电源供电，经牵引变压器降压为27.KV) 或55KV后后，向牵引网及电力机车单相供电。电力机车采
5、用25KV 单相工频交流电压，在架空接触导线和钢轨之间行驶。图1-1 为电气铁道牵引供电系统简化图电力机车牵引负荷对于电网来说为三相不对称负荷，为了减小其产生的负序（基波）电流对供电系统的影响，各牵引站高压侧接人系统时要进行换相，使机车负荷较均匀地分配在系统各相E，Y，d11和V，v接线的牵引变压器接入系统时的换相连接如图1-2所示。对于供电系统来说，只要经过三个牵引站的换相，即完成了轮换一周的循环。对于牵引网来说，为了机车运行上的方便，换相过程中应使相邻供电臂的电压相位相同，因此需要经过六个牵引站的换相，才能完成一个循环。牵引变压器的换相，使机车负荷接到系统不同的相上，对系统总体来说，达到三
6、相比较平衡的状态。但因各牵引站在不同的地点接入系统，以及各供电臂的机车负荷在不断变化，因此对于供电系统的局部地区来说，电气铁道不平衡负荷产生的负序（基波）分量仍有较大的影响。22电气铁道牵引负荷当前我国电气铁道上使用的电力机车有国产韶山-1（SS-1）、韶山-3（SS-3）、韶山一4（SS-4）型以及进口8G，8K型等。下面主要介绍国产电力机车，并以韶山一1型为例进行分析。一、韶山-1型电力机车整流回路波形分析韶山-1 型电力机车整流回路的原理接线如图1-3所示。当略去整流变压器的漏抗时，整流器V1、V2 在换流过程中的重叠角为零，两者互不相关，轮换导通。图1-3 韶山-1 型电力机车原理图2
7、.3、电力机车的谐波特征电力机车产生的谐波具有以下特征：（1）当机车在牵引工作状态、整流回路投入工作时，便产生谐波。而在制动状态或靠惯性前进的隋行状态时，整流回路切除，不产生谐波。（2）电力机车的牵引力正比于取自系统、经整流后的直流电流，该电流不因系统外界条件和运行方式而改变，而由机车的非线性特性产生的谐波电流成分与基波电流具有一定的比例关系。因此，电力机车为谐波电流源。（3）电力机车采用单相全波不控或半控整流，交流侧的电流波形与横轴成镜对称。整流电路在整流过程中交流电压每一周期内直流侧整流电压的脉动数、即整流设备的脉冲数户P=2，故其产生的特征谐波次数为h=2k1，k=1,2,3,4 .除h
8、=1 的基波外，特征谐波为全部奇次谐波。（4）比较各型电力机车的整流、调压方式和整流电压波形，在相同的条件下，韶山-1型的机车电流较接近于正弦波，产生的谐波相对较小，韶山-3型产生的谐波与韶山-4型相近而稍大，韶山-4 型产生的谐波较前两型为大，在控制过程中各次谐波电流含有率的变化也较大。3、电气化铁道动态无功补偿装置原理图2为电气化铁道供电系统和动态无功补偿器接线方式。动态无功补偿系统由单相磁控电抗器和固定电容器组成。当电力机车进入牵引变电所所辖范围时，固定电容器组充分补偿机车感性无功，磁控电抗器的容量调到最小（空载）；当电力机车驶出所辖电网以外后，电容器向系统倒送无功，此时，迅速调节磁控电
9、抗器的容量到最大值，以吸收容性无功；在电力机车负荷变化的过程中，磁控电抗器快速跟踪补偿剩余容性无功，从而保证了高功率因数。与此同时，电容器组同时还起着3次，5次以及高次谐波滤波器的作用。4、MSVC在电气化典型应用41 意义我国电气化铁路牵引变电所一般采用固定无功补偿装置，由于电力部门在一些地区对牵引变电所功率因数考核，采用无功反转正计的计费办法。在这样的记费办法条件下，当牵引负荷大时，无功欠补；而当无牵引负荷或轻负荷时，无功补偿装置产生的无功向电网反送无功，而此时无功表仍按消耗的无功进行累加。这样，牵引变电所高压侧功率因数达不到0.9的要求。在一些单线区域或车流密度不大、机车有再生制动的牵引
10、变电所，仅装设固定电容补偿装置，造成功率因数偏低而被罚款。1998年，北京局支付功率因数罚款高达2400万元，北京局丰沙大线牵引变电所，采用固补装置，功率因数平均在0.650.75左右，罚款严重。以官厅西牵引变电所为例，改造前7月的功率因数及罚款情况如下，从表中可以看出，每月功率因素罚款为815万元。改造前7个月的功率因素及罚款情况：时间功率因数用电量（度）罚款（元）2001/10782993700802432001/207638583001105532001/30782944200796392001/4083567900751122001/50773650400999102001/60763
11、7560001093662001/7073060090153351为此，通过技术改造，将固补改为可调无功补偿方式，根据实际负荷情况进行自动调节，彻底解决了电铁功率因数罚款的难题，对提高用电质量，减少电能损耗具有重要意义。目前我国电气化铁路单线占全部电气化铁路的一半以上，单线的货运能力在1500万吨/年，但也有些区段才几百吨。单线区段实际最大通过能力每天只有3035对车，单线电气化区段的带电时间远比双线小，一般无负荷时间占全天的50%左右，这样固定补偿时功率因素难于达到0.9的标准。目前电业部门对工业、交通等部门用电的价格，根据其功率因数的高低，进行奖励与处罚。一般用户的功率为0.9时，不奖不惩
12、按正常电价收费；功率因数低于0.9时，减收电费。其增收与减收电费的百分比见下表：电费增减表（%）序号功率因素电费增减收1095-2.52092-0.20309004085+2.55083+3.56080+5.07076+7.08074+8.09070+1010065+2011060+3012055+4013050+5014045+6015040+7016035+80从表中可见，当COS=0.6时，需多支出电费30%，而补偿到0.9时，可以达到少支出30%电费的经济效果。综上所述，可调无功补偿装置在单线电气化区段，具有较广泛的市场前景，此外，在机车有再生制动的牵引区段，可调无功补偿装置对于提高高
13、压侧的功率因素同样具有广阔的市场前景。4.2 官厅西牵引变电所改造情况官厅西牵引变电所设两台 Y/接线牵引变压器，容量为15000KVA，牵引变压器变比为110/27.5KV,移动备用方式。变电所二次侧为双母线分段，A，B相各设并联电容补偿装置，A相补偿电容器为4串7并，电容单元单台容量80KVAR，总容量为2240KVAR，单台额定电压为10.5KV；B相补偿电容器为4串5并，电容单元单台容量100KVAR，总容量2000KVAR，单台额定电压8.4KV。电费计量办法：电力部门采用“有功反送不计，无功反送正计”方式8K机车牵引功率： 6400KW机车电容补偿容量:1800KVAR(半功率时)
14、,3600KVAR(全功率时)8K机车采用可控硅全控整流桥和半控整流桥相结合的二段桥可控整流调压方式。牵引工况时,两级桥串联,向两台牵引电动机供电;再生制动时,全控桥作为再生逆变桥,半控桥为励磁控制桥。19982000年功率因数统计：1998年功率因数统计月份功率因数有功(度)无功(度)10.674187300468204120.663590400404283030.712913900301026040.723200340306768050.713260070325215060.713259080325611070.732581260241395080.73144240324324090.7428640702573340100.7529106002577350110.7232010003135000120.7325050033165001999年功率因数统计月份功率因数有功(度)无功(度)10.683402300356970020.663649800413160030.673154800349470040.683587100386760050.73296700340890060.733194400303600070.713016200301290080.683088800334290090.731911003309900100.6834485003
