电气化铁路牵引变电所动态无功补偿研究

摘要

本文通过对电气化铁路牵引变电所系统损耗和供电情况进行调查分析，查找目前既有线电气化改造后投入运营中，功率因数过低，引起电能损失的主要原因，从设备、技术和管理方面分别进行分析研究，通过理论计算、对现场的调查研究，找出其中的原因并结合铁路管理现状制定相应改进方案。通过对国外和国内动态无功补偿装置在铁路牵引变电所应用介绍研究，分析了不同型式动态无功补偿装置工作原理、应用特点和经济社会效益，指出基于SVC的牵引变电所动态无功补偿装置，是补偿无功提高功率因数并能有效抑制谐波优化供电质量的根本途径。 2006年京沪、胶济和郑徐州线电化相继完成投入运用，运行初期由于车流密度较低且随时间段变化较大，加之由于设计施工时考虑的是满负荷所以采用了固定式电容补偿，在运行初期暴露出来的主要矛盾是无功消耗过大且无法及时补偿从而造成力率罚款等问题具体到单个牵引变电所或区段，采用诸如SCOTT、延边三角形等平衡变压器或固定无功补偿装置，可以部分解决相应问题，但因为电力机车运用的时变性，特别是在长大坡道、双机牵引的重载区段，并没有达到预期效果，无功、谐波问题依然严重，有些牵引变电所因为功率因数不达标(小于0.9)，每月罚款额均在2—5万元左右。通过对张夏牵引变电所投切补偿电容的实验，基本搞清了损失的主要原因，制定了应急方案。对不同动态无功补偿的方案进行了对比研究，提出建议措施。 电气化铁路作为电力能源消耗的重点行业，在节能降耗，提高能源应用效率方面大有潜力可挖。长期以来，电气化铁路存在的功率因数低、谐波含量高，负序等问题，严重影响国家公用电网的电能质量，随着节约型社会的建设，电气化铁道电能质量的问题必将更加得到重视。

目录

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致谢

第一章绪论

1.1选题的意义

1.2无功功率的产生及对电网的影响

1.3电气化铁路负荷特点及对电力系统的影响

1.4无功补偿的方法

1.5 SVC在无功补偿中的作用

第二章无功理论的发展及计算

2.1无功理论的发展

2.2三相电路瞬时无功功率理论

2.3瞬时无功功率补偿装置的应用

第三章无功补偿中的可控电抗器技术

3.1可控电抗器的出现背景

3.2可控电抗器在电力系统中的应用前景

3.2.1在超高压电网中作调相调压设备

3.2.2在远距离输电系统中的应用

3.2.3在铁路牵引变电站的应用

3.2.4抑制谐波

3.3电子式连续可调电抗器

3.4变压器式可控电抗器

3.5单磁芯可控电抗器

3.6互感器式可控电抗器

3.7交流可控电抗器

3.8直流可控电抗器

3.9 PWM控制电抗器

3.10晶闸管控制电抗器(TCR)

第四章牵引负荷的特性及其对电能质量的影响

4.1牵引负荷特性简介

4.2牵引负荷的负序特性

4.3牵引负荷的无功功率

第五章牵引供电系统无功的检测及补偿方案分析

5.1牵引供电系统的无功功率及功率因数

5.1.1牵引供电系统

5.1.2正弦稳态下的无功功率及功率因数

5.1.3非正弦稳态下的无功功率及功率因数

5.1.4功率因数标准

5.2牵引供电系统的无功电流检测

5.2.1频域检测法

5.3牵引供电所无功补偿方案分析

5.3.1早期的无功补偿装置

5.3.2静止无功补偿器

5.3.3电压源逆变器型静止同步补偿器

第六章京沪电气化铁路牵引供电功率因数情况分析及对策

6.1京沪电气化铁路功率因数现状

6.1.1功率因数相关文件规定

6.2造成功率因数偏低的原因分析

6.2.1技术设备方面

6.2.2管理方面

6.2.3政策方面

6.3张夏牵引变电所功率因数实验情况及分析

6.3.1功率因数试验数据

6.3.2实验结果分析：

6.4采取的措施及对策：

6.4.1进行计量校对

6.4.2改进方案

第七章TCR+FC与TSC动态无功补偿装置方案

7.1国外无功补偿装置介绍

7.2我国动态无功补偿装置的设计方案及试验应用

7.3直挂式相控电抗器与固定电容器的动态无功补偿装置

7.3.1工作原理及示意图

7.3.2应用效果

7.4降压式晶闸管电子开关分组自动投切补偿电容器(TSC)

7.5方案比较及结论

第八章潍坊西站牵引变电所SVG方案设计

8.1 SVG补偿系统的组成结构

8.2 SVG的补偿优点

8.3潍坊西站牵引变电所的补偿计算

8.3.1设计原则

8.3.2滤波器支路的配置方案

8.3.3电压不平衡度和功率因数考核

8.3.4谐波考核

8.4潍坊西站牵引变电所工程设计

8.4.1建设用地要求

8.4.2设备报价

8.5方案总结

第九章电气化铁路无功补偿中兼顾谐波抑制方法

9.1电气化铁路谐波抑制简介

9.2牵引变电所的谐波模型

9.3谐波对电力系统的不良影响

9.4谐波影响的计算及谐波标准

9.5减小谐波影响的措施

第十章电气化铁路动态无功补偿装置的经济效益分析

10.1牵引变电所加装动态无功补偿装置效果预计

10.2电气化铁路动态无功补偿装置项目投资概算

10.3本章结论

第十一章结论与展望

参考文献

作者简历