鐵道設(shè)計(jì)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)----牽引所svc二次設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘　　要</b></p><p>　　由于目前電氣化鐵路牽引供電電能計(jì)量中力率的考核采用正送倒計(jì)的方式，若采用常規(guī)的固定電容進(jìn)行無功補(bǔ)償，其綜合力率無法達(dá)到供電部門的要求，而靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置（SVC）能夠很好的解決這一問題。本文正是針對(duì)靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置（SVC）的工程設(shè)計(jì)進(jìn)行專題研究。</p><p>　　本論文首先，針對(duì)電氣化鐵道牽引供

2、電系統(tǒng)及其負(fù)荷的特點(diǎn)，分析了牽引供電系統(tǒng)功率因數(shù)低的原因，并提出應(yīng)用靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置(SVC)對(duì)牽引負(fù)荷進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。其次，介紹了目前牽引供電系統(tǒng)中普遍應(yīng)用的晶閘管投切電容器TSC和固定電容器+晶閘管可控電抗器FC+TCR兩種SVC補(bǔ)償裝置；接著，對(duì)FC+TCR型SVC系統(tǒng)的一次接線方式進(jìn)行簡單介紹，提出了SVC裝置在施工設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的一些問題；最后，列舉了110kV牽引變電所FC+TCR型SVC補(bǔ)償裝置二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行

3、保護(hù)定值計(jì)算。</p><p>　　靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償(SVC)裝置采用大功率晶閘管調(diào)相技術(shù)，通過對(duì)補(bǔ)償系統(tǒng)中的相控支路電流的調(diào)節(jié)，達(dá)到動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)SVC裝置輸出無功的目的，使之適應(yīng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償牽引變電所變化負(fù)荷的需要。本論文中的設(shè)計(jì)方法及經(jīng)驗(yàn)值得設(shè)計(jì)和施工人員參考借鑒。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電氣化鐵路；功率因數(shù)；SVC；FC+TCR；系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>&l

4、t;b>　　Abstract</b></p><p>　　At present because electrified railway traction power supply electricity measurement of the assessment using force rate was sending pour millions of the conventional way,

5、 if the fixed capacitance reactive power compensation, which are unable to achieve comprehensive force rate power supply departments requirement, and static var compensation device (SVC) can be good to solve this problem

6、. This thesis is aimed at static var compensation device (SVC) engineering design keynote research.</p><p>　　At first, this thesis mainly aims at electrified railway traction power supply system and its load

7、 characteristics, it analyzes the traction power supply system causes of low power factor, and put out the application of static var compensation device (SVC) for dynamic var compensation of traction's load. Secondly

8、, the thesis introduces the current traction power supply system in general useing thyristor threw cutting capacitor TSC and fixed capacitors + thyristor controlled reactor FC + TCR two </p><p>　　Static var

9、compensation (SVC) device adopts high-power thyristor phase-modulation technology, it throughs to the compensation system of phased branch current regulation, and achieves dynamic adjusting SVC device the purpose of reac

10、tive power output, to make it adapt the need of changing of compensation traction substation. This thesis of the design method and experience is worth reference for designers and construction personnel.</p><p&

11、gt;　　Key words：Electrified railway，Power factor，SVC，F(xiàn)C + TCR，System design</p><p><b>　　目　　錄</b></p><p><b>　　摘　　要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p&

12、gt;<b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 牽引變電所SVC無功補(bǔ)償?shù)谋尘芭c意義1</p><p>　　1.1.1 電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)的組成及功能1</p><p>　　1.1.2 電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)3</p><p>　　1.1.3 牽引變電所的負(fù)荷特點(diǎn)3</p&

13、gt;<p>　　1.1.4 牽引變電所的功率因數(shù)5</p><p>　　1.2 牽引變電所SVC無功補(bǔ)償?shù)难芯楷F(xiàn)狀6</p><p>　　1.3 本課題的研究內(nèi)容與目標(biāo)7</p><p>　　2 牽引變電所繼電保護(hù)8</p><p>　　2.1 繼電保護(hù)的作用和意義8</p><p>　　2.

14、2 主變保護(hù)9</p><p>　　2.2.1 主變保護(hù)的基本要求9</p><p>　　2.2.2 主變保護(hù)的原理9</p><p>　　2.3 饋線保護(hù)10</p><p>　　2.3.1 饋線保護(hù)的基本要求10</p><p>　　2.3.2 饋線保護(hù)的原理11</p><p>

15、;　　2.4 電容保護(hù)11</p><p>　　2.4.1 電容保護(hù)的基本要求11</p><p>　　2.4.2 電容保護(hù)的原理11</p><p>　　3 牽引變電所SVC裝置一次接線方式13</p><p>　　3.1 SVC的作用及其原理13</p><p>　　3.1.1 SVC的作用13<

16、/p><p>　　3.1.2 SVC的工作原理16</p><p>　　3.2 SVC系統(tǒng)的一次接線方式19</p><p>　　3.3 SVC系統(tǒng)的容量選擇20</p><p>　　3.4 SVC裝置設(shè)計(jì)中需要注意的幾點(diǎn)問題21</p><p>　　4 牽引變電所SVC裝置二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)22</p>

17、<p>　　4.1 牽引變電所SVC裝置的二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.1.1 交流回路設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.1.2 控制回路設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.1.3 遙信回路設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.2 牽引變電所SVC裝置保護(hù)定值計(jì)算的一般方法23</p><p&g

18、t;　　4.2.1 電流保護(hù)的保護(hù)定值計(jì)算24</p><p>　　4.2.2 電壓保護(hù)的保護(hù)定值計(jì)算26</p><p>　　4.3 包蘭線皋蘭牽引變電所SVC裝置的保護(hù)定值計(jì)算29</p><p>　　4.3.1 固定電容器組（FC）的保護(hù)定值計(jì)算30</p><p>　　4.3.2 晶閘管可控電抗器（TCR）的保護(hù)定值計(jì)算31

19、</p><p>　　4.3.3 包蘭線皋蘭牽引變電所SVC裝置保護(hù)定值的輸入32</p><p><b>　　結(jié)　　論33</b></p><p><b>　　致　　謝34</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)35</p><p><b>　　附錄A

20、36</b></p><p><b>　　附錄B38</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 牽引變電所SVC無功補(bǔ)償?shù)谋尘芭c意義</p><p>　　1.1.1 電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)的組成及功能</p><p>　

21、　電氣化鐵道供電系統(tǒng)由外部電源系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)組成。在國內(nèi)，外部電源系統(tǒng)由電力系統(tǒng)完成，牽引供電系統(tǒng)由牽引變電所、牽引網(wǎng)組成。牽引變電所、牽引網(wǎng)、電力機(jī)車被稱為電氣化鐵路的三大部件。電氣化鐵道供電系統(tǒng)的簡單構(gòu)成如圖1.1所示[1]。</p><p>　　1-區(qū)域變電站或發(fā)電廠；2-110kV三相交流高壓輸電線；</p><p>　　3-牽引變電所；4-饋電線；5-接觸網(wǎng)；6-軌道、地；&

22、lt;/p><p>　　7-鋼軌回流線；8-電力機(jī)車。</p><p>　　圖1.1 電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)構(gòu)成示意圖</p><p>　　(1) 外部電源系統(tǒng)</p><p>　　外部電源系統(tǒng)是指電力系統(tǒng)向電氣化鐵道供電的部分。為了保證牽引供電系統(tǒng)的可靠性，外部電源系統(tǒng)通常由220kV及以上的變電所系統(tǒng)向牽引變電所供電，每個(gè)牽引變電所通常由不同

23、的兩個(gè)外部變電所或一個(gè)外部變電所的不同母線段各引一路電源。早期的牽引變電所外部電源電壓一般為AC110kV，最近由于220kV網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶開放，部分牽引變電所的外部電源為AC220kV。</p><p>　　在國內(nèi)，由于外部電源均由供電部門提供，因此外部電源供電系統(tǒng)一般由供電部門根據(jù)鐵路牽引變電所的分布情況設(shè)置。</p><p>　　電力部門管轄的電力系統(tǒng)與鐵路部門管轄的牽引供電系統(tǒng)是在牽引

24、變電所高壓進(jìn)線的門形架處分界。</p><p>　　(2) 牽引供電系統(tǒng)</p><p>　　完成對(duì)電力機(jī)車供電，且屬于鐵路部門管轄的裝置稱為電氣化鐵道的牽引供電系統(tǒng)。牽引供電系統(tǒng)由牽引變電所和牽引網(wǎng)組成，如圖1.1所示，它由牽引變電所3、饋電線4、接觸網(wǎng)5、鋼軌6、和鋼軌回流線7等組成。</p><p>　　現(xiàn)將牽引供電系統(tǒng)各部分的功能簡述如下：</p>

25、;<p><b>　　① 牽引變電所</b></p><p>　　牽引變電所的作用是將110kV（或220kV）三相交流高壓電變換為27.5kV（或55kV），然后以27.5kV（或55kV）的電壓等級(jí)向牽引網(wǎng)供電。</p><p>　　牽引變電所一般設(shè)置兩臺(tái)牽引變壓器，一用一備。外部進(jìn)線為兩路110kV（或220kV），兩路電源一用一備。</p&

26、gt;<p>　　牽引變電所的作用是電壓變換和電能分配。只完成電能分配的牽引變電所叫開閉所；在AT系統(tǒng)中，只完成55kV變27.5kV變電所功能的牽引變電所叫AT所，用于并聯(lián)上下行接觸網(wǎng)供電的牽引變電所叫分區(qū)所，這些都是牽引所的簡化形式。</p><p><b>　?、?牽引網(wǎng)</b></p><p>　　牽引網(wǎng)由接觸網(wǎng)、鋼軌、回流線、架空地線、供電線等

27、組成，其作用如下：</p><p><b>　　a) 接觸網(wǎng)</b></p><p>　　接觸網(wǎng)是一種懸掛在電氣化鐵道線路上方，并和鐵路軌道保持一定距離的鏈形或單導(dǎo)線的輸電網(wǎng)。電力機(jī)車的受電弓和接觸網(wǎng)滑動(dòng)接觸取得電能。接觸網(wǎng)的額定電壓為25kV。</p><p><b>　　b) 供電線</b></p>&l

28、t;p>　　供電線是連接牽引變電所和接觸網(wǎng)的導(dǎo)線，把牽引變電所變換后的電能送到接觸網(wǎng)。供電線一般為大截面的鋼芯鋁絞線，一般單獨(dú)立桿或在接觸網(wǎng)支柱外側(cè)架設(shè)。</p><p><b>　　c) 鋼軌</b></p><p>　　在非電牽引情形下，軌道只作為列車的導(dǎo)軌。在電氣化鐵道，軌道除仍具上述功能外，還需要完成導(dǎo)通回流的任務(wù)，是電路的組成部分。牽引電流由變電所引出

29、后，通過供電線、接觸網(wǎng)、電力機(jī)車、鋼軌、回流線流回牽引所。</p><p>　　電氣化鐵道的軌道需要暢通的導(dǎo)電性能，在信號(hào)自閉區(qū)間，需要將相鄰扼流變的中性點(diǎn)同導(dǎo)電銅排連接起來，以保證牽引電流的暢通。</p><p><b>　　d) 回流線</b></p><p>　　在直供系統(tǒng)中，連接軌道和牽引變電所中主變壓器接地相之間的導(dǎo)線稱為回流線，它也

30、是電路的組成部分，其作用是將軌道回路電流導(dǎo)入牽引變電所。</p><p>　　在帶回流線的直供方式中，沿接觸網(wǎng)支柱外側(cè)架設(shè)，并隔一段與鋼軌連接的導(dǎo)線同樣稱為回流線，其目的是通過改變線路與接觸網(wǎng)之間的電磁感應(yīng)，將部分需要通過大地流回牽引所的電流拉到回流線上，以減少大地中的電流，降低鋼軌對(duì)地電位。此處設(shè)置回流線的目的：一是降低電氣化鐵路對(duì)臨近通信線路的干擾；二是降低牽引網(wǎng)的阻抗。</p><p&g

31、t;　　回流線一般采用鋁絞線，由鋼軌引向回流線的線稱為吸上線，一般采用無鎧裝電纜。</p><p>　　回流線在支柱架設(shè)時(shí)，采用1kV絕緣子于支柱肩架絕緣架設(shè)。</p><p><b>　　e) 架空地線</b></p><p>　　為保證支柱金屬肩架與地保持等電位或接觸網(wǎng)絕緣發(fā)生閃絡(luò)時(shí)有較大的故障電流，要求支柱肩架必須可靠接地或與鋼軌可靠連接

32、。由于每個(gè)支柱單獨(dú)接地實(shí)施比較困難，通常將每個(gè)支柱的肩架用一跟導(dǎo)線連接起來，再集中接地，這就是架空地線。</p><p>　　架空地線作用主要有兩點(diǎn)：一是保證金屬桿塔可靠接地，以避免接觸網(wǎng)的感應(yīng)電對(duì)人身造成傷害，這種做法主要用于TRNF供電方式下；二是保證支柱肩架與地可靠連接，在接觸網(wǎng)與肩架之間發(fā)生閃絡(luò)有較大的短路電流時(shí)，以保證牽引變電所繼電保護(hù)可靠動(dòng)作。</p><p>　　架空線架設(shè)于

33、接觸網(wǎng)支柱的外側(cè)，一般采用鍍鋅鋼絞線或鋁包鋼絞線；架空地線與接觸網(wǎng)支柱肩架、接觸網(wǎng)鋼柱直接連接。</p><p>　　1.1.2 電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)</p><p>　　電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　(1) 由于電氣化鐵道一般為國家交通大動(dòng)脈，其中斷供電會(huì)給國民及社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成很大損失，因此其重要性較高。</p>

34、<p>　　(2) 由于牽引網(wǎng)隨鐵路延伸，基本處于露天環(huán)境，運(yùn)行環(huán)境惡劣，且牽引網(wǎng)沒有備用系統(tǒng)。</p><p>　　(3) 基于以上的特點(diǎn)，牽引供電系統(tǒng)在自動(dòng)化和信息化管理方面要求比較高，允許中斷供電的時(shí)間比較短。</p><p>　　1.1.3 牽引變電所的負(fù)荷特點(diǎn)</p><p>　　我國電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)采用AC25kV單相交流工頻制，其負(fù)

35、荷特點(diǎn)如下：</p><p>　　(1) 由于電力機(jī)車是單相移動(dòng)性隨機(jī)負(fù)荷，牽引變電所負(fù)荷電流變化比較大，每條饋線回路中最大負(fù)荷電流可達(dá)1500A，最小時(shí)為0A。附錄A中附表1.1和1.2是某牽引所一個(gè)供電臂24h每隔5分鐘的電流記錄及電流頻度統(tǒng)計(jì)，從中可以直觀看出牽引電流的上述特點(diǎn)。</p><p>　　(2) 由于早期的電力機(jī)車基本都采用直流傳動(dòng)模式，其功率因數(shù)比較低，機(jī)車功率因數(shù)一般

36、在0.82左右；考慮到牽引網(wǎng)的影響，牽引變電所低壓側(cè)的功率因數(shù)一般在0.79左右；考慮到變壓器的影響，牽引所高壓側(cè)的功率因數(shù)一般在0.75左右。當(dāng)電力機(jī)車采用交流傳動(dòng)模式時(shí)，機(jī)車功率因數(shù)可達(dá)0.98。</p><p>　　(3) 直流傳動(dòng)的電力機(jī)車采用非線性整流器機(jī)車，成為一種諧波源，因此牽引變電所變壓器諧波電流比較大。</p><p>　　牽引供電系統(tǒng)中的牽引變壓器、接觸網(wǎng)及電力機(jī)車（牽

37、引負(fù)荷）之間的關(guān)系，如圖1.2所示。</p><p>　　圖1.2 牽引供電系統(tǒng)簡圖</p><p>　　若牽引變壓器出口處的電壓為正常運(yùn)行電壓，則牽引供電系統(tǒng)的無功狀況主要受負(fù)荷消耗的無功功率（即電力機(jī)車的功率因數(shù)）及接觸網(wǎng)、牽引變電所阻抗大小的影響。電力機(jī)車的功率因數(shù)與機(jī)車上是否安裝補(bǔ)償裝置或安裝補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償程度有關(guān)，接觸網(wǎng)和牽引變電所的阻抗有電流通過時(shí)，會(huì)產(chǎn)生無功功率和有功功率的損

38、耗，并影響接觸網(wǎng)供電電壓的大小。各因素對(duì)供電電壓影響的向量圖，如圖1.3所示。</p><p>　　圖1.3 向量分析圖</p><p>　　設(shè)U1為牽引主變壓器低壓側(cè)出線處的電壓，I1、I2為不同負(fù)荷時(shí)流過的電流，U21、U22為分析獲得的電力機(jī)車受電點(diǎn)的電壓。顯然，機(jī)車消耗的無功功率對(duì)牽引網(wǎng)的正常運(yùn)行電壓有很大影響，如果考慮變壓器的繞組壓降，則牽引變壓器低壓側(cè)出線處的電壓也會(huì)受到影響。

39、</p><p>　　牽引變電所的負(fù)荷主要是電力機(jī)車，與電力系統(tǒng)的負(fù)荷相比有很大的差別[2]：</p><p>　　(1) 列車以變化的速度沿線路運(yùn)行，即牽引負(fù)荷的位置是移動(dòng)的；</p><p>　　(2) 牽引負(fù)荷的大小隨線路坡度、列車密度等因素而發(fā)生很大的變化，當(dāng)列車上大陡坡或列車密集運(yùn)行時(shí)則負(fù)荷電流大，反之則負(fù)荷電流小以至為零，牽引變壓器負(fù)荷率很低；</

40、p><p>　　(3) 列車可以在供電分區(qū)任意分布，即牽引負(fù)荷在供電分區(qū)任意布置。當(dāng)然，這是從概率論的角度來說的；</p><p>　　(4) 由于采用整流器式電力機(jī)車，接觸網(wǎng)電流變?yōu)榉钦也ā?lt;/p><p>　　1.1.4 牽引變電所的功率因數(shù)</p><p>　　(1) 功率因數(shù)低的原因</p><p>　　我國電氣

41、化鐵道所采用的電力機(jī)車主要是整流型電力機(jī)車。由于電力機(jī)車是單相脈沖負(fù)荷，產(chǎn)生的負(fù)序諧波較大，加之交流側(cè)電流波形畸變以及整流換相過程中重疊導(dǎo)通角的影響，整流型電力機(jī)車的功率因數(shù)比較低，一般取0.80~0.85左右，當(dāng)機(jī)車采用再生制動(dòng)時(shí)，功率因數(shù)又大大降低。此外，由于牽引網(wǎng)阻抗的影響，牽引變電所牽引變壓器低壓側(cè)的功率因數(shù)要降低0.01~0.05，為0.80~0.84，通常取0.82。又因?yàn)闋恳儔浩髯杩沟挠绊?，其高壓?cè)的功率因數(shù)還要降低約0

42、.05，只有0.75~0.79。</p><p>　　(2) 功率因數(shù)低的不良影響</p><p>　　電力牽引負(fù)荷的功率因數(shù)低將帶來以下不良后果[3]：</p><p>　?、?牽引供電系統(tǒng)和電力系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備能力不能得到充分利用。</p><p>　　根據(jù)，倘若電氣設(shè)備以低于額定或規(guī)定的功率因數(shù)運(yùn)行，當(dāng)視在功率不變時(shí)，輸送的有功功率就要減少

43、（與額定值比較），從而降低了發(fā)電設(shè)備的輸送能力和輸電設(shè)備的供電能力，使電氣設(shè)備的效率降低，發(fā)電和輸變電的成本提高。</p><p>　?、?輸電網(wǎng)絡(luò)中的有功功率損耗和電能損耗增加。</p><p>　　對(duì)單相牽引供電負(fù)荷，關(guān)系式成立，對(duì)電力系統(tǒng)，關(guān)系式成立。</p><p>　　在分析上述兩個(gè)關(guān)系式時(shí)，我們一般認(rèn)為供電網(wǎng)絡(luò)中的電壓參量是一個(gè)相對(duì)恒定的值。若設(shè)備的功率

44、因數(shù)降低，在保證輸送同樣的有功功率時(shí)，勢必就要在輸電線路中流過更大的電流（網(wǎng)絡(luò)中的電能損失與電流的平方成正比），從而使得輸電線路上有功功率的損耗和電能損耗增加。</p><p>　?、?輸電網(wǎng)絡(luò)中的電壓損失，往往造成用戶端的供電電壓不足。</p><p>　　(3) 功率因數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　《全國供用電規(guī)則》關(guān)于功率因數(shù)的規(guī)定如下：</p>

45、<p>　　“無功電力應(yīng)就地平衡。用戶應(yīng)在提高用電自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和安裝無功補(bǔ)償設(shè)備，并做到隨其負(fù)荷和電壓變動(dòng)及時(shí)投入或切除，防止無功電力倒送。用戶在當(dāng)?shù)毓╇娋忠?guī)定的電網(wǎng)高峰負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)，應(yīng)達(dá)到下列規(guī)定：</p><p>　　高壓供電的工業(yè)用戶和高壓供電裝有帶負(fù)荷調(diào)整電壓裝置的電力用戶，功率因數(shù)為0.9以上；</p><p>　　其他100kVA（kV）及以上電力

46、用戶和大、中型電力排灌站，功率因數(shù)為0.85以上；</p><p>　　躉售和農(nóng)業(yè)用電，功率因數(shù)為0.80。</p><p>　　凡功率因數(shù)不能達(dá)到上述規(guī)定的新用戶，供電局可拒絕接電。未達(dá)到上述規(guī)定的現(xiàn)有用戶，應(yīng)在2~3年內(nèi)增添無功補(bǔ)償設(shè)備，達(dá)到上述規(guī)定。對(duì)長期不增添無功補(bǔ)償設(shè)備又不申明理由的用戶，供電局可停止或限制供電?！?lt;/p><p>　　功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)按國

47、家批準(zhǔn)的《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)方法》的規(guī)定執(zhí)行。</p><p>　　按電業(yè)部門要求，電氣化鐵道牽引負(fù)荷在牽引變電所牽引變壓器高壓側(cè)的月平均功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.90以上。高者獲獎(jiǎng)，低者罰款，即以功率因數(shù)等于0.90為標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行考核，根據(jù)計(jì)算的月平均功率因數(shù)，高于或低于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，在按照規(guī)定的電價(jià)計(jì)算出其當(dāng)月電費(fèi)后，再按照“功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)表”所規(guī)定的百分?jǐn)?shù)或減少電費(fèi)。由此可見，提高功率因數(shù)，不但對(duì)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有很大

48、意義，而且對(duì)降低電氣化鐵道運(yùn)營成本也有實(shí)際的經(jīng)濟(jì)意義[4]。</p><p>　　1.2 牽引變電所SVC無功補(bǔ)償?shù)难芯楷F(xiàn)狀</p><p>　　作為節(jié)能降耗的生力軍，無功補(bǔ)償裝置在我國有著巨大的潛在市場，無功補(bǔ)償裝置在節(jié)能降耗領(lǐng)域，趨勢一直向好。其原因首先是企業(yè)降低成本的需求，另一個(gè)是外部環(huán)境的壓力。近年來，國內(nèi)無功補(bǔ)償市場發(fā)展極其迅猛，產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量都有了大幅度的提升，相當(dāng)一部分優(yōu)勢

49、企業(yè)已經(jīng)開始問鼎國際市場并取得了不俗的業(yè)績。</p><p>　　隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展以及節(jié)能降損管理的加強(qiáng)，引發(fā)了許多領(lǐng)域?qū)o功補(bǔ)償?shù)男枨?。?duì)電氣化鐵路而言，電力機(jī)車的平均功率因數(shù)為0.84，牽引變電所110kV電源側(cè)功率因數(shù)由于受到牽引供電網(wǎng)阻抗和牽引變壓器阻抗的影響，僅為0.75～0.78?！度珖┯秒娨?guī)則》第4.3條規(guī)定：無功電力應(yīng)就地平衡，高壓供電用的工業(yè)用戶和高壓供電裝有帶負(fù)荷調(diào)整電壓裝置的電力用戶

50、，功率因數(shù)應(yīng)在0.9以上。當(dāng)用戶（以電氣化鐵路為例）功率因數(shù)比規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)低0.05時(shí)，須追加2.5%的電費(fèi)罰款。</p><p>　　目前我國電氣化鐵道牽引變電所絕大部分采用固定并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，雖然固定并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，能夠部分解決電氣化鐵路功率因數(shù)低的現(xiàn)狀，但是，此裝置大多采用手工投切，存在投切不及時(shí)、無功補(bǔ)償效果不好等問題，且投切時(shí)易出現(xiàn)很高的過電壓，導(dǎo)致嚴(yán)重的供電故障。</p>

51、<p>　　1.3 本課題的研究內(nèi)容與目標(biāo)</p><p>　　要從根本上解決電氣化鐵道供電系統(tǒng)功率因數(shù)低的現(xiàn)狀，就必須采用SVC靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置。其采用大功率晶閘管調(diào)相技術(shù)，通過對(duì)補(bǔ)償系統(tǒng)中的相控支路電流的調(diào)節(jié)，達(dá)到動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)SVC裝置輸出無功的目的，使之適應(yīng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償牽引變電所變化負(fù)荷的需要。本論文主要研究內(nèi)容如下：</p><p>　　(1) 根據(jù)電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)及其

52、負(fù)荷特點(diǎn)，分析牽引供電系統(tǒng)功率因數(shù)低的原因，并提出應(yīng)用靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置（SVC）對(duì)牽引負(fù)荷進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償。</p><p>　　(2) 分析牽引供電系統(tǒng)中晶閘管投切電容器TSC和固定電容器+晶閘管可控電抗器FC+TCR兩種SVC補(bǔ)償裝置的基本原理及工作方式。</p><p>　　(3) 列舉牽引變電所FC+TCR型SVC系統(tǒng)的一次接線方式，并根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，提出牽引變電所施工設(shè)計(jì)中需

53、要注意的問題。</p><p>　　(4) 對(duì)包蘭線皋蘭牽引變電所SVC系統(tǒng)進(jìn)行二次設(shè)計(jì)，并完成其保護(hù)定值的計(jì)算。</p><p>　　(5) 應(yīng)用AutoCAD繪制皋蘭牽引變電所SVC裝置平面布置、一次接線、保護(hù)配置、交流回路、控制回路及遙信回路的施工設(shè)計(jì)圖。</p><p>　　2 牽引變電所繼電保護(hù)</p><p>　　2.1 繼電保護(hù)

54、的作用和意義</p><p>　　隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行、故障期間以及故障后的恢復(fù)過程中，許多控制操作日趨高度自動(dòng)化[5]。這些控制操作的技術(shù)與裝備大致可分為兩大類：其一是為保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量的自動(dòng)化技術(shù)與裝備，主要進(jìn)行電能生產(chǎn)過程的連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，動(dòng)作速度相對(duì)遲緩，調(diào)節(jié)穩(wěn)定性高，把整個(gè)電力系統(tǒng)或其中的一部分作為調(diào)節(jié)對(duì)象，這就是通常理解的“電力系統(tǒng)自動(dòng)化（控制）”；其二是當(dāng)電網(wǎng)

55、或電力設(shè)備發(fā)生故障，或出現(xiàn)影響安全運(yùn)行的異常情況時(shí)，自動(dòng)切除故障設(shè)備和消除異常情況的技術(shù)與設(shè)備，其特點(diǎn)是動(dòng)作速度快，其性質(zhì)是非調(diào)節(jié)性的，這就是通常理解的“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置”。</p><p>　　為了在故障后迅速恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，或盡快消除運(yùn)行中的異常情況，以防止大面積的停電和保證對(duì)重要用戶的連續(xù)供電，常采用以下的自動(dòng)化措施，如輸電線路自動(dòng)重合閘、備用電源自動(dòng)投入、低電壓切負(fù)荷、按頻率自動(dòng)減負(fù)

56、荷、電氣制動(dòng)、振蕩解列以及為維持系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定而配備的穩(wěn)定性緊急控制系統(tǒng)，完成這些任務(wù)的自動(dòng)裝置統(tǒng)稱為電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置。</p><p>　　電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路、母線以及用電設(shè)備，一旦發(fā)生故障，迅速而有選擇性地切除故障設(shè)備，既能保護(hù)電力設(shè)備免遭損壞，又能提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，是保證電力系統(tǒng)及其設(shè)備安全運(yùn)行最有效的方法之一。切除故障的時(shí)間通常要求小到幾十毫秒到幾百毫秒，實(shí)踐證明，只有裝設(shè)在每個(gè)

57、電力元件上的繼電保護(hù)裝置，才有可能完成這個(gè)任務(wù)。繼電保護(hù)裝置，就是指能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。</p><p>　　電力系統(tǒng)繼電保護(hù)，泛指繼電保護(hù)技術(shù)和由各種繼電保護(hù)裝置組成的繼電保護(hù)系統(tǒng)，包括繼電保護(hù)的原理設(shè)計(jì)、配置、整定、調(diào)試等技術(shù)，也包括由獲取電量信息的電壓、電流互感器二次回路，經(jīng)過繼電保護(hù)裝置到斷路器跳閘線圈的一整套具體設(shè)備，如果需要利用

58、通信手段傳送信息，還包括通信設(shè)備。</p><p>　　電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本任務(wù)是：</p><p>　　(1) 自動(dòng)、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到損壞，保證其他無故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行；</p><p>　　(2) 反應(yīng)電力設(shè)備的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)條件，而動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)或跳閘。此時(shí)一般不要求迅速動(dòng)作，而是根據(jù)對(duì)

59、電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時(shí)，以免暫短的運(yùn)行波動(dòng)造成不必要的動(dòng)作和干擾引起的誤動(dòng)。</p><p><b>　　2.2 主變保護(hù)</b></p><p>　　2.2.1 主變保護(hù)的基本要求</p><p>　　主變保護(hù)是牽引變電所繼電保護(hù)的重要組成部分，其主要包括差動(dòng)保護(hù)、后備保護(hù)（過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)等）和非電量保護(hù)（瓦斯保護(hù)等

60、）[6]。</p><p>　　(1) 主變保護(hù)中縱差保護(hù)的基本要求</p><p>　　首先，應(yīng)躲過當(dāng)變壓器空投及外部故障后電壓恢復(fù)時(shí)的變壓器勵(lì)磁涌流的影響；其次，應(yīng)躲過變壓器外部故障時(shí)在變壓器保護(hù)中所引起的最大不平衡電流；最后，應(yīng)躲過變壓器差動(dòng)保護(hù)二次回路斷線時(shí)，在差動(dòng)回路中引起的差電流的影響。</p><p>　　(2) 主變保護(hù)中后備保護(hù)的基本要求</

61、p><p>　?、?過電流保護(hù)要求包括：過電流保護(hù)裝置的動(dòng)作電流Iact應(yīng)能躲開變壓器正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流IL·max；過電流保護(hù)的靈敏系數(shù)Ksen用保護(hù)區(qū)末端最小兩相短路電流校驗(yàn)，應(yīng)不小于1.25；過流保護(hù)的時(shí)限特性應(yīng)按階梯型原則整定。</p><p>　　② 過負(fù)荷保護(hù)的基本要求包括：動(dòng)作電流和動(dòng)作延時(shí)應(yīng)按變壓器的過負(fù)荷能力整定；由于牽引負(fù)荷的特點(diǎn)是過負(fù)荷電流持續(xù)時(shí)間很短、過

62、負(fù)荷電流比較大。牽引變壓器的過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)按照制造廠滿足的過負(fù)荷能力整定，以保證牽引變壓器過負(fù)荷能力的充分發(fā)揮。</p><p>　　(3) 主變保護(hù)中非電量保護(hù)的基本要求</p><p>　　瓦斯保護(hù)：正常時(shí)，繼電器不動(dòng)作；當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，發(fā)出輕瓦斯信號(hào)；當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，其各側(cè)斷路器跳閘。</p><p>　　溫度保護(hù)：一般設(shè)兩段式保護(hù)，Ⅰ段

63、用于報(bào)警，Ⅱ段用于跳閘。</p><p>　　主變非電量保護(hù)中的瓦斯保護(hù)作為主變本體機(jī)械損壞的保護(hù)，溫度保護(hù)作為過負(fù)荷保護(hù)的后備保護(hù)。</p><p>　　2.2.2 主變保護(hù)的原理</p><p>　　(1) 主變保護(hù)中縱差保護(hù)的原理：變壓器縱差保護(hù)是利用變壓器磁勢平衡原理來完成對(duì)變壓器內(nèi)部故障進(jìn)行保護(hù)。在正常情況或變壓器外部短路時(shí)，變壓器一、二次電流之間保持一個(gè)

64、相對(duì)近似線性的關(guān)系，在通過適當(dāng)?shù)木€性變換后，一、二次電流差值維持在一個(gè)很小的水平；當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，其差值比較大，由此構(gòu)成變壓器內(nèi)部故障保護(hù)?？v差保護(hù)是主變壓器的主保護(hù)，它完成主變壓器內(nèi)部故障的保護(hù)。</p><p>　　(2) 主變保護(hù)中后備保護(hù)的原理</p><p>　?、?過電流保護(hù)的原理：變壓器電流保護(hù)原理是當(dāng)變壓器負(fù)荷側(cè)或內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，明顯的特征就是電流增大，根據(jù)這一特點(diǎn)構(gòu)成

65、的保護(hù)叫電流保護(hù)，根據(jù)允許故障電流持續(xù)時(shí)間長短可分為電流速斷、過電流及短延時(shí)電流速斷等保護(hù)。</p><p>　　電流保護(hù)構(gòu)成簡單，是常見的一種繼電保護(hù)方式。</p><p>　　過電流保護(hù)是階段式保護(hù)的后備段，除對(duì)本線故障有足夠靈敏度外，對(duì)相鄰線路也有一定遠(yuǎn)后備靈敏度，保護(hù)動(dòng)作電流大于本線路最大負(fù)荷電流，并在電流定值及動(dòng)作時(shí)間上與相鄰線路后備段相配合。</p><p&

66、gt;　?、?過負(fù)荷保護(hù)的原理：電力設(shè)備長時(shí)間過負(fù)荷時(shí)，會(huì)引起設(shè)備發(fā)熱、絕緣破壞，嚴(yán)重影響設(shè)備的使用壽命，在短時(shí)內(nèi)的過負(fù)荷并不對(duì)設(shè)備構(gòu)成多大的影響。根據(jù)上述特點(diǎn)，過負(fù)荷保護(hù)的原理和實(shí)現(xiàn)手段與電流保護(hù)相似，只是動(dòng)作值要小，延時(shí)要長。</p><p>　　根據(jù)電流與時(shí)限的配合方式，過負(fù)荷有兩種保護(hù)方式：一是定時(shí)限保護(hù)方式；二是反時(shí)限保護(hù)方式。定時(shí)限方式是當(dāng)電流超過定值延時(shí)時(shí)間到后，立即啟動(dòng)保護(hù)；反時(shí)限保護(hù)根據(jù)過負(fù)荷電

67、流的大小確定保護(hù)時(shí)限，過負(fù)荷電流大，時(shí)限短，過負(fù)荷電流小，時(shí)限長。</p><p>　　(3) 主變保護(hù)中非電量保護(hù)的原理：瓦斯保護(hù)由瓦斯繼電器完成，當(dāng)變壓器溫過高或油內(nèi)雜質(zhì)超限時(shí)，油枕內(nèi)氣體壓力增大，驅(qū)動(dòng)瓦斯繼電器的輔助接點(diǎn)接通，發(fā)出報(bào)警或動(dòng)作信號(hào)。溫度保護(hù)由油箱內(nèi)的溫度計(jì)及相應(yīng)的繼電器完成，在變壓器油溫過高時(shí)，溫度繼電器輔助接點(diǎn)接通，發(fā)出報(bào)警或動(dòng)作信號(hào)。</p><p><b&g

68、t;　　2.3 饋線保護(hù)</b></p><p>　　2.3.1 饋線保護(hù)的基本要求</p><p>　　牽引變電所饋線保護(hù)主要包括距離保護(hù)和電流保護(hù)。</p><p>　　(1) 饋線保護(hù)中對(duì)距離保護(hù)的基本要求：距離保護(hù)裝置具有階梯式特性時(shí)，其相鄰上、下保護(hù)段之間應(yīng)該逐級(jí)配合，即兩配合段之間應(yīng)在動(dòng)作時(shí)間及保護(hù)范圍上互相配合。在某種特殊情況下，為了提高保

69、護(hù)某段的靈敏度，或?yàn)榱思铀倌扯伪Ｗo(hù)切除故障，采用所謂“非選擇性動(dòng)作，再由重合閘加以糾正”的措施；采用重合閘后加速方式，達(dá)到保護(hù)配合的目的。</p><p>　　(2) 饋線保護(hù)中對(duì)電流保護(hù)的基本要求：過電流保護(hù)對(duì)饋線保護(hù)來說，是遠(yuǎn)后備。過電流保護(hù)裝置的動(dòng)作電流Iact應(yīng)能躲開變壓器正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流IL·max，過電流保護(hù)的靈敏系數(shù)Ksen用保護(hù)區(qū)末端最小兩相短路電流校驗(yàn)，應(yīng)不小于1.25，過流保

70、護(hù)的時(shí)限特性應(yīng)按階梯型原則整定。</p><p>　　2.3.2 饋線保護(hù)的原理</p><p>　　(1) 距離保護(hù)的原理：牽引網(wǎng)短路時(shí)，在牽引變電所饋線點(diǎn)的測量阻抗總是小于正常情況下測得的阻抗，根據(jù)這一特點(diǎn)時(shí)刻測量饋線點(diǎn)的阻抗()，當(dāng)其小于設(shè)定值時(shí)發(fā)出保護(hù)動(dòng)作信息。</p><p>　　(2) 電流保護(hù)的原理：在牽引網(wǎng)短路時(shí)，饋線電流明顯大于最大負(fù)荷電流這一特點(diǎn)

71、構(gòu)成的保護(hù)叫電流保護(hù)。</p><p>　　過電流保護(hù)是階段式保護(hù)的后備段，除對(duì)本線故障有足夠靈敏度外，對(duì)相鄰線也有一定遠(yuǎn)后備靈敏度，保護(hù)動(dòng)作電流大于本線路最大負(fù)荷電流，并在電流定值及動(dòng)作時(shí)間上與相鄰線后備段相配合。</p><p>　　(3) 電流增量保護(hù)的原理：由于電力機(jī)車含有大量電感元件，無論是啟動(dòng)還是運(yùn)行過程中，電流都不能突變，只有在牽引網(wǎng)發(fā)生短路時(shí)，電流才能發(fā)生突然增大，根據(jù)這一

72、特點(diǎn)構(gòu)成的保護(hù)叫電流增量保護(hù)。</p><p><b>　　2.4 電容保護(hù)</b></p><p>　　2.4.1 電容保護(hù)的基本要求</p><p>　　牽引變電所電容保護(hù)主要包括電流保護(hù)、電壓保護(hù)和橫差保護(hù)。</p><p>　　(1) 電容保護(hù)中對(duì)電流保護(hù)的基本要求：過電流保護(hù)裝置的動(dòng)作電流Iact應(yīng)能躲開變壓器

73、正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流IL·max；過電流保護(hù)的靈敏系數(shù)Ksen用保護(hù)區(qū)末端最小兩相短路電流校驗(yàn)，應(yīng)不小于1.25；過流保護(hù)的時(shí)限特性應(yīng)按階梯型原則整定。</p><p>　　(2) 電容保護(hù)中對(duì)電壓保護(hù)的基本要求：電壓保護(hù)裝置是反應(yīng)母線電壓突然降低，并接于全電壓的相間短路保護(hù)裝置。整套電壓保護(hù)裝置一般由瞬時(shí)段、定時(shí)段組成，構(gòu)成三段式保護(hù)階梯特性。保護(hù)裝置第Ⅰ段，要求無時(shí)限動(dòng)作，保護(hù)區(qū)不小于線路全長的

74、20﹪；對(duì)于第Ⅲ段除作本線后備外，還應(yīng)作相鄰元件（線路或變壓器）的遠(yuǎn)后備。</p><p>　　(3) 電容保護(hù)中對(duì)橫差保護(hù)的基本要求：相間橫聯(lián)差動(dòng)保護(hù)只適用于雙回線路兩端接于一個(gè)斷路器的接線，保護(hù)需要給出差電流整定值；橫差保護(hù)電流相繼動(dòng)作區(qū)是表示保護(hù)切除故障速度的一個(gè)指標(biāo)，一般要求不應(yīng)大于50%；雙回線路兩側(cè)的橫差保護(hù)差電流元件整定值應(yīng)分別進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)兩側(cè)橫差保護(hù)使用的電流互感器型式相同時(shí)，兩側(cè)應(yīng)選取相同的整定

75、值。</p><p>　　2.4.2 電容保護(hù)的原理</p><p>　　(1) 電容保護(hù)中電流保護(hù)的原理：過電流保護(hù)是階段式保護(hù)的后備段，除對(duì)本線故障有足夠靈敏度外，對(duì)相鄰線路也有一定遠(yuǎn)后備靈敏度，保護(hù)動(dòng)作電流大于本線路最大負(fù)荷電流，并在電流定值及動(dòng)作時(shí)間上與相鄰線路后備段相配合。</p><p>　　(2) 電容保護(hù)中電壓保護(hù)的原理：電壓保護(hù)所用的主要元件為電壓

76、繼電器。當(dāng)線路發(fā)生短路時(shí)，母線電壓降低。當(dāng)母線電壓低于低電壓保護(hù)裝置的動(dòng)作電壓時(shí)，低電壓繼電器動(dòng)作，其常開觸點(diǎn)閉合。</p><p>　　(3) 電容保護(hù)中橫差保護(hù)的原理：橫差保護(hù)是將電容器組分成電壓近似相等的兩部分，通過壓互取值、比較，將比較值送入電壓繼電器中。正常運(yùn)行時(shí)，該值應(yīng)該近似為零，當(dāng)電容器中一組內(nèi)部的電容發(fā)生故障時(shí)，比較值將會(huì)從零增大到某一數(shù)值，使得電壓繼電器動(dòng)作。</p><p&

77、gt;　　3 牽引變電所SVC裝置一次接線方式</p><p>　　3.1 SVC的作用及其原理</p><p>　　3.1.1 SVC的作用</p><p>　　靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置（Static Var Compensator，簡稱SVC）是一種快速調(diào)節(jié)無功功率的裝置，用于用電負(fù)荷變化頻繁的場合，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功。SVC在電力系統(tǒng)中的作用有[7]：</

78、p><p>　　(1) 保持系統(tǒng)穩(wěn)定的同時(shí)提高輸電能力，增加電網(wǎng)的輸電容量，抑制電壓波動(dòng)和電壓閃變；</p><p>　　(2) 改善負(fù)荷的相間平衡，在重復(fù)出現(xiàn)大負(fù)荷或事故情況下提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性；</p><p>　　(3) 對(duì)負(fù)荷變化時(shí)提供可快速變化調(diào)節(jié)的無功功率補(bǔ)償，提高功率因數(shù)；</p><p>　　(4) 和濾波器并聯(lián)使用，濾除高次諧

79、波和抑制諧波引起的電網(wǎng)電壓畸變；</p><p>　　(5) 在長距離輸電系統(tǒng)中，SVC可以起系統(tǒng)阻尼器的作用，消除系統(tǒng)的功率振蕩。</p><p>　　電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)中的牽引機(jī)車由于采用了大功率電力電子裝置，屬于沖擊性負(fù)荷，具有啟動(dòng)過程快，從零功率到額定功率的變化時(shí)間極短，且頻繁吸收大量動(dòng)態(tài)無功功率等特點(diǎn)，從而引起牽引變電所母線電壓快速波動(dòng)，負(fù)荷波動(dòng)大，容易產(chǎn)生大量的高次諧波。為

80、輸送無功功率，要求兩端電壓有一幅值差，則只能在很窄的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)，使供電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波污染和功率因數(shù)低等問題，嚴(yán)重影響了供電質(zhì)量，利率罰款大，因此就必須采取SVC無功補(bǔ)償[8]：</p><p>　　(1) 提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)</p><p>　　SVC無功補(bǔ)償裝置工作原理圖如圖3.1 (a)、(b)、(c)所示，U1為電源電壓，r1及X1為電力系統(tǒng)及牽引變壓器每相的電阻和電抗，U2為牽引

81、變電所母線電壓，XC為SVC電容器組的容抗，XL為電抗器的感抗，Ij為牽引負(fù)荷，IC為電容器回路容性電流。安裝無功補(bǔ)償裝置后，牽引變電所的功率因數(shù)則由提高到。</p><p>　　(a) 原理線路圖(b) 等值電路圖</p><p><b>　　(c) 向量圖</b></p><p>　　圖3.1 SVC無功補(bǔ)償工作原理圖</p>

82、<p>　　(2) SVC無功補(bǔ)償裝置對(duì)壓損的改善</p><p>　　電氣化鐵道接觸網(wǎng)末端電壓過低嚴(yán)重影響運(yùn)輸能力和變配電設(shè)備的安全運(yùn)行，其原因除電網(wǎng)自身的問題之外，主要是由于無功不足所致。電網(wǎng)在進(jìn)行功率傳輸時(shí)，電流將在線路等阻抗上產(chǎn)生電壓損耗ΔU，假如始端電壓為U1，末端電壓為U2，則電壓損耗ΔU為：</p><p><b>　　(3.1)</b>&

83、lt;/p><p>　　其中，P為線路傳輸?shù)挠泄β剩╧W）；Q為線路傳輸?shù)臒o功功率（kvar）；UN為線路額定電壓（kV）；R、X為線路電阻、電抗（）。</p><p>　　保持有功功率恒定，而R和X為定值，無功功率Q越小，電壓損失越小，電壓質(zhì)量就會(huì)越高，當(dāng)線路安裝容量為QC的SVC補(bǔ)償裝置后，線路電壓損耗U'為：</p><p><b>　　(3.

84、2)</b></p><p>　　可以看出：采用無功補(bǔ)償以后，無功功率Q變小，限制了無功功率在電網(wǎng)中的傳輸，相應(yīng)的減少了線路的電壓損耗，提高了接觸網(wǎng)的電壓質(zhì)量。</p><p>　　(3) SVC無功補(bǔ)償裝置對(duì)線損的改善</p><p>　　無功功率不僅影響供電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，更導(dǎo)致了供電系統(tǒng)供電線損的增加，在供電網(wǎng)中線路和變壓器功率損耗ΔP為：<

85、/p><p><b>　　(3.3)</b></p><p>　　其中，P為線路傳輸?shù)挠泄β剩╧W）；為功率因數(shù)；Re為每相導(dǎo)線的等效電阻（）；</p><p>　　UN為運(yùn)行電壓（kV）。</p><p>　　由式3.3可以看出：當(dāng)線路有功功率P和導(dǎo)線電阻Re不變時(shí)，線路的功率損耗與功率因數(shù)的平方成反比，越大，ΔP則越小

86、，即電網(wǎng)線損越小。</p><p>　　(4) SVC無功補(bǔ)償裝置對(duì)諧波的改善</p><p>　　在牽引變電所牽引側(cè)裝設(shè)SVC補(bǔ)償裝置，其接線方式如圖3.2所示[1]。</p><p>　　圖3.2 并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置濾波原理</p><p><b>　　由圖3.1可得：</b></p><p>

87、<b>　　(3.4)</b></p><p>　　當(dāng)滿足時(shí)，就形成了對(duì)n次諧波的濾波。</p><p>　　裝置中的參數(shù)選擇考慮以濾掉3次諧波電流為主。設(shè)XC為SVC補(bǔ)償裝置中電容器組的工頻（基波）容抗，XL為補(bǔ)償裝置中與電容器組串聯(lián)的電抗器的工頻（基波）感抗。XC與XL之比應(yīng)符合：</p><p><b>　　(3.5)</

88、b></p><p>　　其中，n為諧波次數(shù)；K為可靠系數(shù)，一般取1.08~1.2。</p><p>　　由于此補(bǔ)償裝置發(fā)生諧振的條件為，在式3.5中引入一個(gè)大于1的可靠系數(shù)K，一方面可以防止SVC補(bǔ)償裝置回路阻抗呈現(xiàn)容性而與電力系統(tǒng)發(fā)生n次及以上各次諧波的并聯(lián)諧振；另一方面可以防止補(bǔ)償裝置本身回路的電容與電感發(fā)生串聯(lián)諧振。</p><p><b>

89、　　當(dāng)n=3時(shí)，則有：</b></p><p><b>　　(3.6)</b></p><p>　　此時(shí)，C-L回路（此SVC補(bǔ)償裝置）具有主要濾掉3次諧波電流的功能。稱為SVC補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償度。</p><p>　　為了提高SVC補(bǔ)償裝置濾掉3次諧波電流的能力，減輕對(duì)電力系統(tǒng)的諧波影響，將可靠系數(shù)取小些為好。如K=1.08，則=0

90、.12，此時(shí)濾波效果（對(duì)3次諧波）會(huì)更好。</p><p>　　3.1.2 SVC的工作原理</p><p>　　SVC由固定電容支路（FC）和晶閘管控制電抗器支路（TCR）組成，如圖3.3所示，其中TCR支路由控制器、晶閘管功率閥組、補(bǔ)償電抗器組成。它通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來無極調(diào)節(jié)與負(fù)荷并聯(lián)的電抗器的電流，使TCR回路產(chǎn)生可變感性負(fù)載，進(jìn)而控制其感性無功的變化。它與固定電容器補(bǔ)償相結(jié)合

91、，可以實(shí)時(shí)補(bǔ)償負(fù)荷變化的感性無功。FC回路由電容器和濾波電抗器組成，它與晶閘管調(diào)節(jié)電抗器相結(jié)合，向系統(tǒng)提供恒定容性無功功率，兼有濾除諧波的作用[9]。</p><p>　　圖3.3 FC-TCR補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　TCR的單相基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)電抗器相串聯(lián)。這樣的電路并聯(lián)到電網(wǎng)上，就相當(dāng)于電感負(fù)載的交流調(diào)壓電路的結(jié)構(gòu)。其中電抗器為儲(chǔ)能元件，吸收感性無功。通

92、過調(diào)整觸發(fā)延遲角改變系統(tǒng)的等效電納，從而調(diào)節(jié)補(bǔ)償器的等效電抗，達(dá)到調(diào)節(jié)感性無功的作用。</p><p>　　對(duì)基波而言，晶閘管相控電抗器可看作可控電納，其值為：</p><p><b>　　(3.7)</b></p><p><b>　　瞬時(shí)電流為：</b></p><p><b>　　(

93、3.8)</b></p><p><b>　　其有效值為：</b></p><p><b>　　(3.9)</b></p><p>　　其中，XR為電抗器的基波阻抗；為控制角；U為電壓有效值。</p><p>　　TCR觸發(fā)控制角的有效移相范圍為90°~180°，由于

94、電抗器幾乎是純感性負(fù)荷，因此電流滯后于電壓近似90°，也就是說基波電流都是無功電流。觸發(fā)控制角為90°時(shí)，晶閘管完全導(dǎo)通，導(dǎo)通角等于180°，與晶閘管串聯(lián)的電抗相當(dāng)于直接接到電網(wǎng)上，這時(shí)其吸收的無功功率最大。當(dāng)控制角在90°~180°之間時(shí)，晶閘管為部分區(qū)間導(dǎo)通，導(dǎo)通角小于180°。增大控制角的效果就是減少電流中的基波分量，就相當(dāng)于增大補(bǔ)償器的等效感抗，或者說減小其等效電納，因

95、而減少了其吸收的無功功率。所以通過控制觸發(fā)控制角的大小來調(diào)整TCR吸收的無功功率。</p><p>　　無源濾波器（FC），能夠有效地抑制高次諧波，也是現(xiàn)階段使用最廣泛的。它主要由電容器、電抗器和電阻（不需要時(shí)可省去）等無源元件組成。其基本原理是利用電路諧振的特點(diǎn)，對(duì)某次諧波或以上諧波形成低阻抗通路，以達(dá)到抑制高次諧波和無功補(bǔ)償?shù)淖饔谩?lt;/p><p>　　(a) 單調(diào)諧 (b)

96、雙調(diào)諧 (c) 一階阻尼 (d) 二階阻尼 (e) 三階阻尼 (f) C型</p><p>　　圖3.4 并聯(lián)濾波器類型</p><p>　　無源濾波器按接入系統(tǒng)的方式，可分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種。串聯(lián)濾波器在基波下要消耗感性無功功率，即向外釋放容性無功功率，這將使系統(tǒng)壓損進(jìn)一步增大，使功率因數(shù)進(jìn)一步降低。相反，并聯(lián)濾波器在基波下有并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)淖饔?，向系統(tǒng)提供感性

97、無功功率。同時(shí)，串聯(lián)濾波器要經(jīng)受主電路的全部基波和非調(diào)諧的其他次諧波電流及兩端都要求高電壓絕緣水平，提高了工程造價(jià)。所以，并聯(lián)方式應(yīng)用非常普遍。</p><p>　　對(duì)于并聯(lián)濾波器也可分為兩種，一種是調(diào)諧濾波器；一種是阻尼濾波器。調(diào)諧濾波器串聯(lián)等效電阻很小，幾乎在其一、二次較低次諧波上，如3次、5次、7次，而阻尼濾波器等效電阻較大，它往往在某一寬頻帶上呈現(xiàn)低阻抗，如在7次、9次諧波以上。進(jìn)一步可把調(diào)諧濾波器分為單

98、調(diào)諧和雙調(diào)諧濾波器，把阻尼濾波器分為一階、二階、三階等阻尼濾波器，如圖3.4 (a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)所示[10]。</p><p>　　無源濾波器（FC）在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意一下幾點(diǎn)問題[11]：</p><p>　　(1) 濾波器發(fā)出的無功功率應(yīng)滿足補(bǔ)償功率因數(shù)，抑制電壓波動(dòng)及閃變的要求；</p><p>　　(2) 選取的濾波電容器的額定電壓

99、應(yīng)保證濾波器安全可靠運(yùn)行；</p><p>　　(3) 濾波器的分組應(yīng)滿足濾除諧波電流的要求；</p><p>　　(4) 濾波器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行充分的計(jì)算機(jī)仿真及數(shù)據(jù)庫優(yōu)選，經(jīng)多個(gè)方案比較，選擇最佳方案；</p><p>　　(5) 對(duì)選定的濾波器應(yīng)進(jìn)行各種運(yùn)行方式下的計(jì)算機(jī)仿真，避免與系統(tǒng)發(fā)生諧振；</p><p>　　(6) 對(duì)濾波器的安全

100、運(yùn)行應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)校驗(yàn)。</p><p>　　圖3.5 FC-TCR型無功輸出與需求之間的關(guān)系曲線</p><p>　　FC-TCR型總的無功輸出（以吸收感性無功功率為正）為TCR支路和FC支路的無功輸出之和，即Q=QL-QC。圖3.5所示為無功輸出與需求之間的關(guān)系曲線，縱坐標(biāo)為無功輸出，橫坐標(biāo)為無功需求，最下面的平行線表示FC輸出的容性無功（假設(shè)輸入電壓有效值不變），最上面的斜線表示TCR的

101、無功輸出，中間的斜線是FC-TCR的合成輸出。當(dāng)需要最大的容性無功輸出時(shí)，將TCR支路“斷開”，即觸發(fā)延遲角，逐漸減少觸發(fā)延遲角，則TCR輸出的感性無功增加，從而實(shí)現(xiàn)從容性到感性無功功率的平滑調(diào)節(jié)。在零無功輸出點(diǎn)上，F(xiàn)C輸出地容性無功和TCR的感性無功正好抵消，進(jìn)一步減少，則TCR輸出的感性無功超過FC輸出的容性無功，整個(gè)裝置輸出凈感性無功，當(dāng)時(shí)，TCR支路“全導(dǎo)通”，裝置輸出的感性無功最大[12]。</p><p&

102、gt;　　3.2 SVC系統(tǒng)的一次接線方式</p><p>　　電氣化鐵道供電系統(tǒng)中牽引變電所常用的SVC無功補(bǔ)償裝置為固定電容器+晶閘管可控電抗器（FC+TCR）。其一次接線方式有兩種：</p><p>　　(a) FC與TCR分開布置(b) FC與TCR集中布置</p><p>　　圖3.6 FC+TCR型無功補(bǔ)償裝置一次接線方式</p><

103、;p>　　(1) FC與TCR分開布置</p><p>　　FC與TCR分開布置接線方式是將固定電容器（FC）與晶閘管可控電抗器（TCR）通過兩臺(tái)不同的斷路器分別與供電母線相連，如圖3.6 (a)所示。</p><p>　　其優(yōu)點(diǎn)是：① 兩個(gè)回路可分別由斷路器切斷負(fù)荷電流和故障電流；② 檢修時(shí)，一條支路停止運(yùn)行進(jìn)行檢修，另一條支路還可以繼續(xù)運(yùn)行，保證了靈活性；③ 縮小了事故范圍，保證

104、運(yùn)行的可靠性。</p><p>　　缺點(diǎn)是：不便于集中管理和保護(hù)，增加了設(shè)備和運(yùn)行成本。</p><p>　　(2) FC與TCR集中布置</p><p>　　FC與TCR集中布置接線方式是將固定電容器（FC）與晶閘管可控電抗器（TCR）通過同一臺(tái)斷路器與供電母線相連，如圖3.6 (b)所示。</p><p>　　其優(yōu)點(diǎn)是：① 便于補(bǔ)償裝置的

105、投入和切除；② 便于補(bǔ)償器的管理和保護(hù)，降低設(shè)備和運(yùn)行成本。</p><p>　　缺點(diǎn)是：其中一路發(fā)生故障時(shí)，兩路設(shè)備都必須停電退出運(yùn)行，造成事故范圍擴(kuò)大。</p><p>　　3.3 SVC系統(tǒng)的容量選擇</p><p>　　(1) FC支路的容量選擇</p><p>　　由于SVC裝置發(fā)出的無功容量取決于FC支路和TCR支路輸出的差，而T

106、CR支路的無功輸出是可調(diào)的，因此FC支路的容量須滿足在TCR支路輸出小、負(fù)荷電流最大時(shí)，能使主變壓器低壓側(cè)的功率因數(shù)達(dá)到0.95左右。負(fù)荷最大電流按照80%列車概率情況下的最大負(fù)荷電流來考慮，該電流對(duì)于既有變電所應(yīng)采用實(shí)際測量數(shù)值，對(duì)應(yīng)新建變電所應(yīng)根據(jù)行車資料進(jìn)行計(jì)算。其計(jì)算公式為：</p><p><b>　　(3.10)</b></p><p>　　其中，UN為牽

107、引變電所母線額定電壓(kV)；I0.8為低壓側(cè)最大負(fù)荷電流(A)；、分別為補(bǔ)償前、補(bǔ)償后的功率角正切值，取0.75和0.39。</p><p>　　根據(jù)式3.10可計(jì)算一段母線上的容量。</p><p>　　(2) TCR支路的容量選擇</p><p>　　TCR支路容量在考慮在沒有牽引負(fù)荷時(shí)，能夠補(bǔ)償牽引變電所及牽引所供電線路的容性負(fù)荷。其計(jì)算公式為：</p

108、><p><b>　　(3.11)</b></p><p>　　其中，QXL為牽引變電所外部電源線路的容性無功，可按35kvar/km估算；QFe為牽引變壓器的無功鐵耗，可按照0.008Sn估算。</p><p>　　根據(jù)式3.10和3.11可以確定SVC的安裝容量。</p><p>　　3.4 SVC裝置設(shè)計(jì)中需要注意的幾

109、點(diǎn)問題</p><p>　　SVC裝置施工設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)本著可靠性、實(shí)用性以及安全性的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常需要注意的問題有以下幾點(diǎn)：</p><p>　　(1) 在SVC裝置施工設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能的選用架空線，而不是選用敷設(shè)電纜；</p><p>　　不選用敷設(shè)電纜，主要是因?yàn)镾VC裝置中閥組的頻繁投切，使得線路中電壓、電流的波動(dòng)比較大，導(dǎo)致輸電可靠性不高的高壓電纜更容易

110、出現(xiàn)燒壞或者中間接頭爆炸等事故。那么，供電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性將會(huì)大大降低。</p><p>　　(2) 施工過程中必須敷設(shè)電纜時(shí)，電纜的耐壓等級(jí)要相對(duì)選的高些；</p><p>　　(3) 設(shè)計(jì)中電纜選型時(shí)，不能選擇鎧裝電纜作為輸電線路；</p><p>　　圖3.7 鎧裝電纜電磁感應(yīng)簡化示意圖</p><p>　　鎧裝電纜的外部是金屬保護(hù)層，

111、這使得它的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于在導(dǎo)線上繞了n圈閉合的線圈，如圖3.7所示。一般電壓基本恒定的輸電線路中采用鎧裝電纜，由于電壓電流不會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化，即磁通量不發(fā)生變化，就不會(huì)在金屬保護(hù)層中感應(yīng)出感應(yīng)電流；而在SVC裝置的輸電線路中采用鎧裝電纜，由于閥組的頻繁投切，導(dǎo)致線路中電壓、電流經(jīng)常發(fā)生突變，即磁通量發(fā)生突變，就會(huì)在金屬保護(hù)層中感應(yīng)出很大的渦流，進(jìn)而導(dǎo)致鎧裝電纜的發(fā)熱，甚至燒壞。</p><p>　　(4) 高壓電纜與低