試分析鐵路牽引供電功率因數的相關影響

陳絲琴

(河北省肅寧縣朔黃鐵路發展有限責任公司,河北 肅寧 062350)

試分析鐵路牽引供電功率因數的相關影響

陳絲琴

(河北省肅寧縣朔黃鐵路發展有限責任公司,河北 肅寧 062350)

牽引供電系統功率因數在電氣化鐵路中有高有低,對電力網中的功率損耗與電能損耗造成了直接影響.本次研究清晰地呈現了鐵路牽引供電功率因數的相關影響關系,豐富了與此有關的研究.

鐵路;牽引供電;功率因數

牽引供電系統功率因數和牽引網的電壓損失與電壓波動的關系較為密切,此外,很大程度上影響到節約電能及整體供電區域的供電質量.現階段使用方法中的補償辦法已經無法滿足時代的發展需求,抑或出現了補償效果欠佳方面的問題,為使牽引系統的功率因數在既有基礎上得到進一步提高,需要采取一定的手段來實現這一結果.

1 功率因數與電力系統的關系

電氣化鐵路為單相負荷,三相交流進線應用在牽引變電所中,為使三相側的不平衡得以減少,分兩組單相功率為接觸網提供電能.因為牽引負荷增多,三相電壓不平衡與電壓波動出現在小容量電源系統中,其波動比較大.牽引變電所借助牽引變壓器把電力系統中的三相交流電轉化,變成相位差90°的A單相交流與B單相交流,各自為牽引網的兩個電臂提供電能.該牽引變壓器在電能供應上依照了A、B各自相等的單相負荷功率,如果功率因數相等,則三相側能夠充分保持平衡.而因為運行圖多次運行使得電力機車負荷不斷減速,由牽引至再生負荷功率存在較大范圍地變動.

2 電氣化鐵路的功率因數

功率因數即線路在電力網中有功功率和視在功率所占的百分比.電力網在運轉過程中,當功率因數逐步增大,表示最好,如此電路中多數視在功率用于供給有功功率,以讓無功功率的消耗減少.用戶功率因數或高或低,其高低明顯影響電力系統發電設備及供電設備等的有效利用.合理地提升用戶的功率因數,能使上述設備的生產能力得到有效提升,降低線路損耗,改進電能質量,可提高用戶用電設備的工作效率,實現用戶電能節約的目的.為此,提升用戶功率因數,明顯降低電能損耗,少使用用戶電費,帶來明顯的經濟與社會效益.現階段電力機車應用在電氣化鐵路中多為整流型的電力機車,自然功率在0.80~0.85.因為牽引網阻抗對其造成影響,牽引變壓器低壓一端的功率因數要減0.80~0.84(取數值0.80~0.82).因為牽引變壓器阻抗是影響之一,其高壓側功率因數將降至0.75~0.79(取平均數值0.77~0.78).

3 功率因數偏低影響

如果功率因數降低,變為0.28,線路上的功率損失將會增多,增長幅度為137%.當前電費辦法給出一定規定:如果cosφ≤0.64,當每降低0.01,多收取總電費的2%;如果cosφ=0.69-0.65,當每降低0.01,則多收取總電費的1%;如果cosφ=0.89-0.7,當每降低0.01,則多收取總電費的0.5%.

4 新式的供電無功補償手段

(1)SVC無功補償工作原理.對SVC無功補償裝置工作原理圖進行研究發現,電源電壓為U1,牽引變壓器每相的電阻、牽引變壓器每相的電抗、分別為r1、X1,牽引變電所母線電壓為U2,牽引負荷、電容器回路容性電流、SVC電容器組的容抗、電抗器的感抗分別為I1、Ic、Xc、XL,無功補償裝置被安裝結束后,牽引變電所的功率因數不再是cosφ1,變成了cosφ2,得到了提高.其中,在SVC無功補償工作原理中,電力系統中采用SVU,其對系統構成的影響主要有以下幾種情況:①使得系統的暫時態穩定性得到加強.②對系統電壓起到強有力的支撐,避免電壓崩潰.③對系統振蕩起到有效的阻尼作用.③有助于補償不平衡電荷.④阻礙負荷側電壓波動于閃變,調整功率因數.

(2)SVC無功補償裝置對壓損的完善.在線路等阻抗上的電流會形成電壓損耗,用U來表示,當始端電壓和末端電壓分別為U1和U2時,那么電壓損耗U則是:,在該式子中,P、Q、Un分別表示的是有功功率(kW)、無功功率(kvar)、額定電壓(kV);R、X分別表示的是電阻、電抗(Ω).Qc容量的SVC補償裝置安裝在線路中后,線路電壓損耗U'可表示為,從該式中獲知,當無功功率Q變小時,將對電網中無功功率的傳輸起到阻礙作用,使得線路的電壓損耗變少,進一步提升了接觸網的電壓質量.

(3)SVC無功補償裝置對線損的改進.線路與變壓器功率損耗在電路中的P為:

在該式中,Re、P、UN、cosφ分別表示每相導線的等效電阻(Ω)、線路傳輸的有功功率(kW)、運行電壓(kV)、功率因數;若導線電阻Re與線路有功功率P不產生變動,線路的功率損耗隨著功率因數的平方的減小而變大,二者是一種反比關系.事實上,SUV自身也有一定的缺陷,其為阻抗型補償,當電壓偏低時,它的無功輸出和電壓呈現一種平方關系的降低.

5 研究局限

本次研究中,在探究影響牽引供電系統上,從功率因素入手,提出了一種有效的方法,就是SVC靜態無功補償方法,在完善電系統功率因數方面提供了一定的理論支撐.功率因數研究正進入深入探究中,技術得到完善,由此將產生許多新的工藝,到那時功率因數問題也將隨之得到一定提高.

6 結語

電氣化鐵路牽引供電系統功率因數是一項龐大的工程是項目,具有自身獨特的特點,也不乏復雜性;技術原因和經濟發展等是這方面不可忽視的影響因素.

[1]劉曉卉.電氣化鐵路牽引供電系統功率因數的改善[J].電氣時代,2015,(02):52-54.[2017-08-10].

TM922.3

A

1671-0711(2017)11(上)-0192-02