淺析補償裝置對10kV電力供電系統供電質量提高的重要性
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【摘 要】本文通過對我國高速鐵路（客運專線）電力供電系統損耗和供電質量進行分析，提出補償裝置的合理運用對提高供電質量起到的重要作用。
【關鍵詞】補償裝置；功率因數
1.引言
我國鐵路電力供電系統為除列車牽引供電以外的鐵路設施供電，統通常采用以電纜為主的形式從地方變電站接引兩回路10kV電源，通過鐵路配電所向鐵路車站、區間的信號、綜合用電設備供電。為保證供電安全性與可靠性，解決長距離、輕負荷的區間貫通線供電質量，通常結合沿線信號中繼站箱式變電站設置并聯電抗器補償并在配電所利用動態補償裝置綜合進行補償的方法，動態維持系統的無功平衡，提高供電質量。
2、電纜線路對電壓、電流的影響及解決方案
目前高速鐵路電力系統基本全線采用10kV交聯單芯電纜貫通線，由兩端10kV配電所經調壓器為沿線通信基站、信號中繼站等負荷供電。以我國第一條高寒地區高速鐵路哈大客專為例，典型10kV配電所供電主接線圖：
因采用單芯全電纜貫通線，導致電纜線路工作電流容性大，鐵路貫通線負荷小，區間供電點的變壓器容量為5-50kVA，電纜電流在長電纜線路中產生末端電壓升高，并且線路中電流由于電纜充電產生的容性電流也相應提高，容性無功量大，導致供電系統功率因數降低，功率因數的降低不僅影響電能質量，而且會產生大量諧波，進而影響供電系統的可靠性。
根據現場監測數據與理論探討得出：哈大客專貫通線1*70mm ?的電纜每公里容性電流為0.35A；1*95mm?的電纜每公里容性電流為0.4A。哈大客專普蘭店至瓦房店區間長度為37km，此區間產生容性電流約12.9-14A，為了保證線路供電質量，在線路中設置了電抗器
根據實際測量，在不同情況下錄得數據為：當普蘭店至瓦房店區間貫通線空載時，線路不投入并聯電抗器時，貫通線末端電壓抬升最大，抬升約9%-10%，電流亦增加12.9-14A；貫通線路投入負載后，不投入電抗器，末端電壓依然抬升，較首端抬升約6%-8%，電流增加10-12A，數據差異的原因為負載電流呈感性，抵消了部分電纜容性電流。
表2
根據上述數據顯示如果線路帶電情況下，投入相應的電抗器可抵消電纜產生的容性電流，保證線路空載時供電質量與安全可靠。
為保證貫通線運行空載和帶負荷運行時的電能質量，在貫通線中根據線路長度設置并聯電抗器，抑制長電纜線路電壓抬升及電纜產生的容性電流，具體投入電抗器的數量及容量根據線路負荷的情況而定。在線路兩配電所之間設置并聯電抗器能較好的控制線路電壓，并將并聯電抗器的投切納入電力遠動系統，實現遠程控制，以保證空載和負荷投入期間的電壓、電流及供電質量，設備正常運行。
3、無功的補償
哈客專電力線路全部由單芯電力電纜敷設完成，故電力線路呈現容性，而鐵路用電設備多為照明、電機和電子類，多呈感性，且容量大小處于不定狀態，貫通線空載時向地方電網返送的容性無功量大，貫通線路有負載時較空載返送容性無功量小。
貫通線上的固定電抗器能補償部分容性無功，但固定電抗器容量不可調，補償不能完全匹配，存在過補償或欠補償的情況，無法滿足功率因數的補償精度要求，同時考慮一組固定電抗器檢修或損壞時，保證鐵路正常供電質量，在動補裝置中設了兩組一定容量的電抗器。
基于上述要求，為保證鐵路配電所電源供電質量，在配電所增加了動態補償裝置，要求電源的功率因素補償至0.9-1之間。哈大客專全線電力系統在配電所母線上設置高壓TSC/L雙向動態無功功率補償裝置，該設備采用全數字化智能控制系統，響應時間短，對系統電壓、無功的變化情況，自動跟蹤，動態投切補償。當功率因數絕對值高于設定值時，動補不投入或自動退出運行，功率因數絕對值低于設定值時，控制系統根據系統電壓、無功的變化情況，實現脈沖的發生和分配功能，實現自動調節，平滑補償功率因數至要求的范圍，動態響應速度快，節能效果明顯。
對于雙向動態補償裝置，電抗器輸出的是感性無功，不要補償系統容性無功，TSC可控硅動態無功功率補償裝置輸出容性無功，TSC/L感性無功與容性無功相結合綜合調節，實現雙向補償，能很好的滿足各種工況下的無功補償需要。
4、結語
通過對10kV供電線路容性和感性的實際測量與論證，相應地投入補償裝置，對供電質量的提高很有效，同時提高了安全與可靠性。高速鐵路技術的發展已日趨成熟，因此對鐵路供電系統中無功補償技術的要求也會越來越高，科學技術進一步發展，必將有更多更好的無功補償技術被廣泛應用于高速鐵路供電系統中，讓我們的鐵路供電系統更安全、更可靠。
參考文獻：
[1]《高速鐵路設計規范》TB 10621—2009
[2]張利生.電網無功控制與無功補償.北京：中國電力出版社，2012.
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