新建玉林至鐵山港鐵路牽引變電所增設(shè)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置問題研究

吳挺勇

（中國(guó)鐵路南寧局集團(tuán)有限公司玉林鐵路工程建設(shè)指揮部 廣西防城港 538000）

1 線路及牽引供電系統(tǒng)概括

新建玉林至鐵山港鐵路（以下簡(jiǎn)稱玉鐵線）自黎湛鐵路玉林Ⅱ場(chǎng)引出，經(jīng)由玉林市博白縣向南，沿南流江東側(cè)至北海市合浦縣閘口鎮(zhèn)接鐵山港區(qū)鐵路支線。玉鐵線的牽引供電系統(tǒng)采用帶回流線的直接供電方式，新建玉林、博白、菱角和閘口4座牽引變電所，變電所進(jìn)線均采用兩回110kV電源供電，牽引變壓器采用固定備用方式、三相Vv結(jié)線型式、油浸自冷并預(yù)留風(fēng)冷條件。

2 線路運(yùn)營(yíng)情況

玉鐵線在開通運(yùn)營(yíng)后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)將以貨運(yùn)為主，牽引機(jī)車主要是SS交直型電力機(jī)車；本線初期運(yùn)量較小，牽引變電所無負(fù)荷時(shí)間長(zhǎng)，且一次側(cè)的月平均功率因數(shù)將達(dá)不到電力部門不小于0.9的要求。為提高運(yùn)輸效率和降低運(yùn)營(yíng)成本，避免牽引變電所功率因數(shù)偏低導(dǎo)致力率罰款問題，需在玉鐵線新建4座牽引變電所中增設(shè)無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，提高運(yùn)輸效率和降低運(yùn)營(yíng)成本，避免牽引變電所功率因數(shù)偏低導(dǎo)致力率罰款。

3 動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置方案比選

3.1 TCR動(dòng)態(tài)無關(guān)補(bǔ)償裝置

由晶閘管相控電抗器（TCR）、固定補(bǔ)償裝置（FC）、監(jiān)控系統(tǒng)等組成。通過調(diào)節(jié)電抗器電流，提供牽引母線電壓，降低無功，改善牽引變電所的功率因數(shù)，并濾除部分3、5次諧波電流。

圖1 TCR動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置原理接線

可調(diào)節(jié)無功輸出，有效解決牽引網(wǎng)功率因數(shù)補(bǔ)償、電壓波動(dòng)等問題。在TCR中除可控硅全導(dǎo)通或關(guān)斷之外，其它工況下電流都是非正弦的，其自身產(chǎn)生諧波。晶閘管閥組由單只晶閘管串聯(lián)組成，因其離散性以及串聯(lián)均壓?jiǎn)栴}等因素，導(dǎo)致運(yùn)行過程中任何一只晶閘管擊穿，影響閥組正常運(yùn)行。為了保證晶閘管閥組的正常工作，需要室內(nèi)布置，并安裝必要的散熱措施，進(jìn)行有效的冷卻，如圖2所示。

3.2 MCR動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置

由固定并聯(lián)電容無功補(bǔ)償（FC回路）、磁閥式可調(diào)電抗器（MCR回路）、控制柜、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)等組成，利用附加直流電來附加磁化鐵心，改變鐵心的磁導(dǎo)率，實(shí)現(xiàn)電抗值的連續(xù)可調(diào)，保持牽引母線電壓穩(wěn)定，為電力機(jī)車提供可靠穩(wěn)定的電源。

圖2 TCR型動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置晶閘管閥組

圖3 MCR動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置原理接線

在牽引母線上并聯(lián)的鐵心電抗器通過可控硅管控制電抗器中附加直流線圈中的電流來調(diào)節(jié)無功功率，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，響應(yīng)速度快。無功補(bǔ)償裝置用電容器采用電氣化鐵道專用的集合式電容器，電容器采用全膜介質(zhì)，額定電壓為33.6kV。串聯(lián)電抗器采用干式空芯電抗器，電抗比為0.12。磁控電抗器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用多階梯小截面飽和技術(shù)與電磁自屏蔽技術(shù)，大幅提高了磁控電抗器的性能，運(yùn)行可靠，且戶外布置，占地面積小，大大壓縮基礎(chǔ)投資。接線簡(jiǎn)單，便于維護(hù)，使用年限長(zhǎng)，不易損壞，運(yùn)行可靠，能夠顯著提高功率因數(shù)、減少系統(tǒng)的電能損失、改善電壓質(zhì)量、吸收牽引供電系統(tǒng)的部分高次諧波和減少諧波對(duì)其它系統(tǒng)的影響。

3.3 方案的確定

上述2種動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置方案均成熟、可靠，在干線鐵路工程中均有采用，均能滿足本鐵路的運(yùn)營(yíng)要求，如表1所示。

通過2種方案比較，TCR動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置設(shè)備復(fù)雜、穩(wěn)定性不高、占地面積較大等多缺陷，且投資較大。結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，變電所房屋內(nèi)無多余空間，由于MCR型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置有較高的可靠性、安裝體積小、損耗低、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)，新建玉林至鐵山港鐵路牽引變電所增設(shè)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置最終選擇MCR動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。

4 綜述

新建玉林至鐵山港鐵路牽引變電所MCR動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，玉林牽引變電所已成功運(yùn)行3年，目前情況良好，月平均功率因數(shù)可達(dá)0.92～0.94左右，未被電力部門罰款，經(jīng)濟(jì)效益明顯，為其它具有相似行車運(yùn)輸條件的鐵路牽引變電所功率因數(shù)改善問題提供借鑒意義。