MCR型SVC說明書

1、目 錄1、MSVC裝置概述（1）2、磁控電抗器（MCR）（2）3、補償技術(shù)比較（7）4、磁控電抗器結(jié)構(gòu)（9）5、設(shè)計參考資料（10）附一、MSVC在水泥行業(yè)中的應(yīng)用（17）附二、MSVC在煤炭行業(yè)中的應(yīng)用（21）附三、MSVC在電氣化鐵路行業(yè)中的應(yīng)用（27）1.MSVC裝置概述：目前，無功補償?shù)闹饕b置是電容器、電抗器和少量的動態(tài)無功補償裝置。開關(guān)（斷路器）投切電容器組的調(diào)節(jié)方式是離散的，不能取得理想的補償效果。開關(guān)投切電容所造成的涌流和過電壓對系統(tǒng)和設(shè)備本身都十分有害?，F(xiàn)有靜補裝置如相控電抗器（TCR）型SVC不僅價格貴，而且占地面積大、結(jié)構(gòu)復雜，不能推廣。杭州銀湖電氣設(shè)備有限公司自1998

2、年開始研制新型磁控電抗器(MCR) 型SVC（簡稱MSVC），該裝置具有輸出諧波小、功耗低、免維護、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、價格低廉、占地面積小等顯著優(yōu)點，是理想的動態(tài)無功補償和電壓調(diào)節(jié)設(shè)備。MSVC裝置由補償（濾波）支路和磁控電抗器（簡稱MCR）并聯(lián)支路組成，其中補償（濾波）支路經(jīng)隔離開關(guān)固定接于母線，通過調(diào)節(jié)磁控電抗器的輸出容量（感性無功），實現(xiàn)無功的柔性補償。因與原各類補償裝置的主要區(qū)別在于磁控電抗器，故下面集中對磁控電抗器（MCR）作介紹。 圖1 動態(tài)無功補償裝置（MSVC）一次系統(tǒng)圖2磁控電抗器（MCR）2.1.基本工作原理磁控電抗器采用直流助磁原理，利用附加直流勵磁磁化鐵心，改變鐵心磁

3、導率，實現(xiàn)電抗值的連續(xù)可調(diào)，其內(nèi)部為全靜態(tài)結(jié)構(gòu)，無運動部件，工作可靠性高。圖2 單相磁控電抗器鐵心、線圈示意圖 磁控電抗器采用小截面鐵心和極限磁飽和技術(shù)，單相四柱鐵心結(jié)構(gòu)電抗器結(jié)構(gòu)如圖2所示，在中間套有線圈的兩工作鐵心柱上分布著多個小截面段，在電抗器的整個容量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，大截面段始終工作于未飽和線性區(qū)，僅有小截面段鐵心磁路飽和，且飽和的程度很高。 圖3為鐵心理想磁化曲線示意圖，曲線中間部分為未飽和線性區(qū)，左、右兩邊為極限飽和線性區(qū)。若使電抗器工作在極限飽和線性區(qū)，不僅可以減小諧波含量，同時亦能大幅降低鐵心磁滯損耗，電抗器鐵損控制在理想狀態(tài)。圖3 鐵心磁飽和特性2.2.原理接線圖磁控電抗器控制原

4、理接線圖如圖4所示。在磁控電抗器的工作鐵心柱上分別對稱地繞有兩個線圈，其上有抽頭，它們之間接有可控硅、，不同鐵心的上下兩個主繞組交叉連接后并聯(lián)至電源，續(xù)流二極管接在兩個線圈的中間。圖4 磁控電抗器原理接線圖當磁控電抗器主繞組接至電源電壓時, 在可控硅兩端感應(yīng)出1% 左右的系統(tǒng)電壓。在電源電壓正半周觸發(fā)導通可控硅，形成圖5（a）所示的等效電路，在回路中產(chǎn)生直流控制電流；在電源電壓負半周觸發(fā)導通可控硅，形成圖5（b）所示的等效電路，在回路中產(chǎn)生直流控制電流。兩個可控硅在一個工頻周期輪流觸發(fā)導通，產(chǎn)生直流控制電流，使電抗器工作鐵心飽和，輸出電流增加。磁控電抗器輸出電流大小取決于可控硅控制角，控制角越

5、小，產(chǎn)生的控制電流越強，從而電抗器工作鐵心磁飽和度越高，輸出電流越大。因此，改變可控硅控制角，可平滑調(diào)節(jié)電抗器容量。由上分析可知, 磁控電抗器具有自耦勵磁功能,省去了單獨的直流控制電源。(a) （b） 圖5 可控硅導通等效電路 2.3.技術(shù)特性2.3.1諧波特性 磁控電抗器產(chǎn)生的諧波比相控電抗器（TCR）小50%。如圖6所示，圖中橫坐標為電抗器輸出基波電流標幺值，基準值為額定基波電流，縱坐標為電抗器產(chǎn)生諧波電流標幺值，基準值為額定基波電流?？梢娮畲?次諧波電流為額定基波電流的7%左右，5次諧波電流為2.5%左右。 圖6磁控電抗器諧波電流分布2.3.2 伏安特性磁控電抗器伏安特性如圖7所示，可見

6、，在一定控制導通角（等于180度觸發(fā)角）下，磁控電抗器伏安特性近似線性。圖7磁控電抗器伏安特性2.3.3控制特性磁控電抗器控制特性圖8所示，圖中橫坐標為可控硅控制角度，縱坐標為電抗器在額定電壓下的基波電流幅值標幺值，基準值為額定基波電流幅值。由圖可見，磁控電抗器輸出電流（容量）隨控制角增加而減少。圖8 磁控電抗器控制特性2.4.技術(shù)優(yōu)勢：2.4.1 可靠性 2.4.1.1.磁控電抗器不需要外接直流勵磁電源，完全由電抗器的內(nèi)部繞組來實現(xiàn)自動控制 2.4.1.2. 通過控制可控硅的控制角進行自動控制，實現(xiàn)容量連續(xù)可調(diào)，并且從最小容量到最大容量的過渡時間很短，因此可以真正實現(xiàn)柔性補償。 2.4.1.

7、3. 網(wǎng)側(cè)繞組不需要抽頭，所有繞組的聯(lián)接也很簡單，保證高壓或特高壓磁控電抗器的可靠性。2.4.2安全性： 2.4.2.1.與TCR相比，MCR僅僅需一只二極管、兩只可控硅，可控硅兩端電壓只有系統(tǒng)電壓的12，無需串、并聯(lián)，不容易被擊穿，運行穩(wěn)定可靠。2.4.2.2.可控硅整流控制產(chǎn)生的諧波不流入外交流系統(tǒng)，無二次諧波污染。 2.4.2.3.即使可控硅或二極管損壞，磁控電抗器也僅相當于一臺空載變壓器，不影響系統(tǒng)其他裝置的運行。 2.4.2.4.接入三相系統(tǒng)的MCR采用連接，并不是將磁控電抗器取代濾波電容中的串聯(lián)電抗器，因此與電容器不會產(chǎn)生諧振。當MCR容量與電容器容量相等時，發(fā)生并聯(lián)諧振，等效阻抗

8、為無窮大，相當于從系統(tǒng)中斷開。2.5.經(jīng)濟優(yōu)勢 2.5.1.采用低電壓可控硅控制，設(shè)備投資少，后期免維護。 2.5.2.在相同電壓下可提高30%的輸電容量，降低輸電線路的損耗。2.5.3.可取消自耦變壓器第三繞組以及補償電容器，工程總造價降低 2.5.4.磁控電抗器結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小，基礎(chǔ)投資大大壓縮。 2.5.5.MSVC自身有功損耗低，僅為TCR的50%。3、補償技術(shù)比較 3.1典型技術(shù)比較表比較項目MCR型SVCTCR型SVC開關(guān)投切TSC投資中大中大運行方式無級調(diào)節(jié)（連續(xù)）無級調(diào)節(jié)（連續(xù)）分級投切（離散）分級投切（離散）可靠性免維護，使用壽命年維護量大維護量很大維護量大諧波水平比TC

9、R型小50%5次:6.5%,7次:3.7%無小投切涌流無無7倍以上無有功損耗0.5%-0.8%1%-1.5%很小小占地面積為TCR的1/10很大，難布置大大調(diào)節(jié)時間0.3S40ms0.8S40ms過載能力150%無無無電磁污染無輻射大量工頻磁場，對人體危害無無3.2. TCR型SVC的特點：電感平衡部分的結(jié)構(gòu)一般是由可控硅、平衡電抗器、控制設(shè)備及相應(yīng)的輔助設(shè)備組成，其優(yōu)缺點大致表現(xiàn)在以下幾方面：3.2.1晶閘管要長期運行在高電壓和大電流工況下，容易被擊穿， 3.2.2晶閘管發(fā)熱量大，一般情況采用純水冷卻，除了要有一套水處理裝置可靠的水源而外，還需配有監(jiān)護維修人員。3.2.3由于調(diào)整主電抗電感量

10、只能靠控制可控硅器件的導通角，關(guān)閉則需靠交流電的過零特性，所以必然會產(chǎn)生不同程度的諧波電壓污染電網(wǎng)。3.2.4 TCR型SVC最大的優(yōu)點是調(diào)節(jié)速度很快，可以在毫秒時間內(nèi)補償系統(tǒng)的感性需求。3.2.5 需要較大的設(shè)備安裝和運行工作位置，即占地面積很大。.3 MCR型SVC的特點：電感平衡部分的結(jié)構(gòu)是由一臺磁控電抗器組成，其優(yōu)缺點大致表現(xiàn)在以下幾方面： 3.3.1 磁控電抗器控制部分的可控硅一般工作在系統(tǒng)額定電壓的百分之幾的水平上，由于是在控制磁閥的飽和度，所以無需很大的控制功率，晶閘管工作在低電壓小電流的工況下，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行系數(shù)。3.3.2磁控電抗器本體就像一臺變壓器，可以采用不同的

11、冷卻方式，在35千伏電壓等級以下均采用風冷和油冷兩種自然冷卻方式，所以沒有輔助冷卻設(shè)備，可以為無人值守的變配電系統(tǒng)配套使用。3.3.3 由于可控部分工作在直流運行方式，所以不會產(chǎn)生諧波電壓，近乎于TCR型所產(chǎn)生諧波量一半以下的諧波是因為磁化的非線性過程造成的。3.3.4 磁控電抗器的缺點是反應(yīng)速度比TCR型要慢，在0.3秒以上，與飽和速度成反比。目前正開發(fā)反應(yīng)速度更快的產(chǎn)品。 3.3.5 磁控電抗器免維護、占地面積小、安裝方便。4、磁控電抗器結(jié)構(gòu)4.1 磁控電抗器的結(jié)構(gòu)（如圖10）： 圖10磁控電抗器的外圍結(jié)構(gòu)4.2 外型尺寸：型 號額定電壓(kV)額定容量(kvar)長(mm)寬(mm)(含

12、散熱器)高(mm)（含套管）BKCK-Y/10-100010（）1000180012001600BKCK-Y/10-210010（）2100190015001700BKCK-Y/10-300010（）3000195016001750BKCK-Y/10-400010（）4000200017001800BKCK-Y/10-500010（）5000210017501800BKCK-Y/10-1000010（）10000250022001900BKCK-Y/10-1500010（）15000280024002200BKCK-Y/35-250003525000360032002400BKCK-Y/35-

13、3500035350004300400024005、設(shè)計參考資料 5.1動態(tài)無功補償裝置（MSVC）總系統(tǒng)圖（XX項目） 圖11 三相電抗器的系統(tǒng)接線圖XX項目電壓控制目標為10kV電壓穩(wěn)定，功率因數(shù)的控制目標是110kV功率因數(shù)最優(yōu)。電抗器控制器控制目標信號由10kV側(cè)電壓互感器YH2二次側(cè)輸入（Ua、 Ub、 Uc），由于變電站有兩臺110kV主變壓器，其電壓電流信號都需要接入控制器，即圖中110kV側(cè)的電壓互感器YH1（Ua、 Ub、 Uc、Un，Un為中性點），一號主變壓器電流互感器LH1（Ia、Ib、Ic），二號主變壓器電流互感器LH2（Ia、Ib、Ic）。由控制器輸出電抗器控制信號

14、分別為控制接于Uab間的電抗器控制信號M0-Lab、M1-Lab、M2-Lab，控制接于Ubc間的電抗器控制信號M0-Lbc、M1-Lbc、M2-Lbc，控制接于Uca間的電抗器控制信號M0-Lca、M1-Lca、M2-Lca。 5.1.1磁控電抗器控制器接線圖如下表所示：磁控電抗器控制器接線圖名稱端子排號說明電源220V AC/DCD1-1電抗器控制器工作電源 220V（或110V）交流或直流D1-2110kV電壓 YH1輸入信號UAD1-30100VUBD1-40100VUCD1-50100VUnD1-6110kV一號主變 電流LH1輸入信號IainD1-705A （A相線路電流一進一出）

15、outD1-8IbinD1-905A（B相線路電流一進一出）outD1-10IcinD1-1105A（C相的電流可以不輸入）outD1-12110kV二號主變 電流LH2輸入信號IainD1-1305A （A相線路電流一進一出）outD1-14IbinD1-1505A（B相線路電流一進一出）outD1-16IcinD1-1705A（C相的電流可以不輸入）outD1-1810kV電壓 輸入信號UaD1-190100VUbD1-200100VUcD1-210100VD1-22三相電抗器 電流輸入I_LabinD1-2305A （接AB相電抗器電流互感器）outD1-24I_LbcinD1-2505

16、A （接BC相電抗器電流互感器）outD1-26I_LcainD1-2705A （接CA相電抗器電流互感器）outD1-28電抗器AB 控制脈沖輸出M0_LabD1-29到電抗器本體控制箱接線盒M1_LabD1-30M2_LabD1-31電抗器BC 控制脈沖輸出M0_LbcD1-32到電抗器本體控制箱接線盒M1_LbcD1-33M2_LbcD1-34電抗器CA 控制脈沖輸出M0_LcaD1-35到電抗器本體控制箱接線盒M1_LcaD1-36M2_LcaD1-37電抗器故障 信號輸出開關(guān)量輸出 D1-38D1-39預(yù)留 信號輸入開關(guān)量輸入 D1-40D1-41RS232接口九針標準通訊接口1.由

17、于電壓與功率的考核是在110kV側(cè)，因此需要輸入110kV的電壓電流信號2.三相電抗器AB、BC、CA分別裝于10kV系統(tǒng)的Uab、Ubc、Uca間，需要輸入電抗器兩端的電壓值，三相電抗器的輸出電流值5.1.2控制系統(tǒng)晶閘管控制箱的接線圖電抗器控制裝置，使用直流220V電源，電抗器控制脈沖的三相輸出信號M0,M1,M2分別接如晶閘管控制箱的相應(yīng)端子，晶閘管控制箱的三相輸出K1、D1、D2、K2分別經(jīng)過高壓套管連接至電抗器本體對應(yīng)的三相端子K1、D1、D2、K2。圖12為控制系統(tǒng)晶閘管控制箱的接線圖5.1.3硬件結(jié)構(gòu)框圖裝置的硬件控制邏輯結(jié)構(gòu)如圖所示圖13 裝置硬件結(jié)構(gòu)圖 5.2 成套裝置安裝基

18、礎(chǔ)圖 圖14MSVC-Y/6-600成套裝置安裝基礎(chǔ)圖5.3 成套裝置接線圖F.C支路原理圖 圖15 F.C支路原理圖 MCR支路原理圖 圖16 MCR支路原理圖控制目標電壓、功率因數(shù)都為10（6）kV側(cè)）附一MSVC在水泥行業(yè)中的應(yīng)用1、水泥行業(yè)的典型設(shè)備 水泥生產(chǎn)線的主要設(shè)備為原料磨機、水泥磨機、風機、破碎機等大功率電機，運行工況比較平穩(wěn)，主要在峰谷電時負荷變化很大，而生產(chǎn)線中一些設(shè)備（如定輥、動輥）負荷變化很快，所以用傳統(tǒng)的開關(guān)自動投切技術(shù)難以取得理想的補償效果 。2、主要測試數(shù)據(jù)分析（浙江某5000t/d生產(chǎn)線）2.1 有功功率：21：00-13：00負荷運行基本平穩(wěn)，有功功率穩(wěn)定在3

19、0000KW左右，13：00-5：00有功功率為22000KW，18：00-21：00為峰電，電費較高，功率最小，為17000KW。2.2 無功功率：最小值為5000KVar，最大值為11000KVar，變化規(guī)律與有功功率吻合。 有功、無功變化曲線圖2.3諧波含量：3次0.41%，5次1.5%，7次0.53，可見系統(tǒng)的主要諧波為5次，但沒有超限值，詳見電能質(zhì)量報表 電流、電壓波型圖 諧波頻譜2.4 電壓畸變率：Ua為1.054%，Ub為1.003%，Uc為0.084%。3. 補償方案（MCR型SVC）3.1方案說明： 結(jié)合水泥行業(yè)實際，其無功變化總體上很大，但在特定時段相對平穩(wěn)，為了取得理想的

20、補償效果，同時降低投資，本方案采用真空接觸器自動投切和磁控電抗器調(diào)節(jié)相結(jié)合的方案。3.2補償容量及分組：系統(tǒng)無功補償容量為9600KVar，共分兩組，容量分別為6000KVar、3600KVar，其中第一組6000KVar采用固定投切，另外一組采用真空接觸器自動投切，磁控電抗器的容量為3600KVar，可實現(xiàn)2400KVar至9600KVar的連續(xù)補償，同時根據(jù)諧波含量，電抗器的電抗率選用6%。3.3 主要配置：電容器組采用柜式安裝，主要配置為電容器、電抗器（空心，柜后安裝）、噴逐式熔斷器、真空接觸器、隔離開關(guān)、高壓熔斷器、放電線圈、DWK/BR型自動控制器等。 磁控電抗器支路主要由磁控電抗器

21、、自動控制器、晶閘管閥柜等。附一次系統(tǒng)圖：3.4該方案的優(yōu)點3.4.1與純開關(guān)自動投切相比，本方案采用MCR技術(shù)與自動補償相結(jié)合的方法，完全可以達到無功功率的連續(xù)平滑補償，避免過補或欠補。3.4.2該方案大大降低真空接觸器的投切次數(shù)，避免了對系統(tǒng)的沖擊，同時延長補償設(shè)備的使用壽命。3.4.3該方案能夠在保證補償效果的同時，可以降低設(shè)備投資約1/4。4. 投資效益評估 1.按浙江某項目方案估算，使用原方案一般投資應(yīng)在150萬左右；按MCR型SVC方案計，投資在140萬左右，基本持平，且略低于原方案投資。 2.投資回報期計算：年左右附二、MSVC在煤炭行業(yè)中的應(yīng)用1、行業(yè)工況概述： 煤炭行業(yè)的礦井

22、主要有立井和斜井兩種，斜井的主要負荷是高壓風機，還有傳輸帶等，不存在快速變化的負載，運行工況很平穩(wěn)。但現(xiàn)在的礦井主要還是立井居多，其運行功況相對復雜，為了更好地了解其無功變化及諧波情況，我公司對安徽淮南潘三礦（年產(chǎn)400萬噸）的配電系統(tǒng)進行了測量，并以此為依據(jù)，提出了MCR型SVC在煤炭行業(yè)中的典型方案。 煤炭行業(yè)的高壓負載主要是通風機和提升機，其中通風機為連續(xù)運行設(shè)備，變化部分體現(xiàn)在提升機，它的特點是變化周期快，諧波含量較大。用傳統(tǒng)的開關(guān)投切技術(shù)不能同時有效解決無功補償和諧波治理。2、測試數(shù)據(jù)分析：21 無功功率： 母線無功功率的變化沒有明顯時間規(guī)律，波動范圍很大，最大的時候達到8200KV

23、ar，而最小的時候是2000KVar，在提升機啟動的瞬間甚至更小，而且變化周期很短，母線無功變化曲線見圖21。其變化部分主要由提升機造成，當提升機啟動的時候功率因數(shù)趨于零，正常運行后也只有0.5（見圖22），而提升機的無功變化呈周期性變化。 圖21 母線無功變化曲線 圖22 提升機功率因數(shù)變化曲線 圖23 提升機無功功率變化曲線22諧波水平該系統(tǒng)的主要諧波源為12脈動直流電機（提升機），主要諧波成分為11次（2.31%）、13次(2.26%)、23次(0.95%)、25次(0.98%)，使電流波形嚴重畸變（圖24）。 圖24 提升機波形圖及頻譜母線上的諧波情況：由于變化器采用星型接法，而系統(tǒng)存

24、在少量的單相負載，造成三相不平衡，產(chǎn)生了3次諧波（圖25）。 圖25 母線諧波及頻譜圖 由以上可見，母線的主要諧波為3次、11次、13次。故在考慮設(shè)計濾波裝置時建議采用四個濾波支路，即3次支路、5次支路、7次支路、11次兼高通支路。3補償濾波方案3.1基于以上分析，該系統(tǒng)無功補償容量為5400KVar，電容器安裝容量為7200KVar，設(shè)3次、5次、7次、11次兼高通四個濾波支路，容量分別為1200KVar、2400KVar、1200KVar、2400KVar，采用固定連接，同時配容量為4000KVar的磁控電抗器，可以實現(xiàn)1400KVar5400KVar的連續(xù)補償，保證功率因數(shù)穩(wěn)定在0.95

25、以上。 注：綜合考慮濾波效果及設(shè)備成本，建議把提升機放在同一段母線，這樣對于系統(tǒng)的兩段母線來說，可以在有提升機的母線上裝一套MCR型SVC，而在另一段母線裝一套自動補償即可滿足要求。3.2 主要配置電容器組采用柜式安裝，主要配置為電容器、電抗器、噴逐式熔斷器、隔離開關(guān)、高壓熔斷器、放電線圈等。 磁控電抗器支路主要由磁控電抗器、自動控制器、晶閘管閥柜等。3.3該方案的優(yōu)點3.3.1與純開關(guān)自動投切相比，本方案采用MCR技術(shù)，完全可以達到無功功率的連續(xù)平滑補償，避免過補或欠補。3.3.2該方案大大降低真空接觸器的投切次數(shù)，避免了對系統(tǒng)的沖擊，同時延長補償設(shè)備的使用壽命。3.3.3該方案能夠在保證補

26、償效果的同時，大大降低設(shè)備的投資。附三、MSVC在電氣化鐵路行業(yè)中的應(yīng)用電氣化鐵路自然功率因數(shù)低，現(xiàn)有的并聯(lián)電容補償方式難以使系統(tǒng)達到標準要求，影響了企業(yè)的經(jīng)濟效益。用磁控電抗器調(diào)節(jié)電氣化鐵路系統(tǒng)的無功功率，主要需要解決的內(nèi)容有非線性電路的無功功率的測量和快速調(diào)節(jié)，保證功率因數(shù)保持在09以上。以利用直流電流控制鐵芯的磁飽和度來達到平滑調(diào)節(jié)目的的磁控電抗器為補償元件，晶閘管為執(zhí)行元件，用80C196KC單片機進行控制，保證了補償?shù)目焖傩?、準確性、合理性。實驗和樣機試運行均表明：該動態(tài)無功補償系統(tǒng)能快速補償系統(tǒng)無功，使功率因數(shù)保持在較高水平，很好地改善了供電質(zhì)量，提高了供電系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。1、引言

27、隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，以及各種用電設(shè)備接入電網(wǎng)消耗大量的無功，無功不足和電壓波動大的問題日益突出。這時僅靠調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流的手段已經(jīng)不能滿足要求。從20世紀初開始，人們就對無功補償技術(shù)進行了大量的研究，為改善負荷功率因素，逐步采用了同步調(diào)相機、并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、串聯(lián)電容器、現(xiàn)代靜止補償器等無功補償手段?？刂品绞揭灿屑锌刂?、分散控制和關(guān)聯(lián)控制等方式，控制策略更是從經(jīng)典控制轉(zhuǎn)入了智能控制。電氣化鐵路是重要的電力用戶，其無功問題也一直很嚴重。電氣化鐵路電力機車和牽引變電所無功補償裝置的技術(shù)狀態(tài)，直接關(guān)系到運輸生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。提高電氣化鐵路功率因數(shù)有兩種方法：一是提高負荷（電力機車）的功率

28、因數(shù)，這可通過改造原有電力機車或研制高功率因數(shù)的電力機車來實現(xiàn)；二是實時監(jiān)測、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功功率，使功率因數(shù)始終保持較高值。前一種方式由于需要大量的資金，短時間內(nèi)還不能實現(xiàn)?，F(xiàn)在比較常用的無功補償裝置有兩種：一是開關(guān)投切電容器組，但是當供電饋線沒有電力機車通過時，并聯(lián)的電容器組向系統(tǒng)倒送無功，而電力部門對無功補償裝置實行反轉(zhuǎn)正計（即把用戶反送電力系統(tǒng)的無功與取用的無功電量絕對值相累加），使功率因數(shù)達不到09標準；開關(guān)投切電容器組還產(chǎn)生涌流和電磁暫態(tài)，造成過電壓，實際運行曾出現(xiàn)過用開關(guān)投切電容器組而引發(fā)的系統(tǒng)過電壓事故；二是使用晶閘管控制電抗器（TCR），但價格貴，占地面積大，諧波含量大。采用磁

29、控電抗器配合并聯(lián)電容器組（MCR型SVC），能滿足電力機車運行方式多變，負荷變化快的特點，并且該裝置能平滑調(diào)節(jié)無功功率，造價低，可靠性高，產(chǎn)生諧波小，是電氣化鐵路系統(tǒng)動態(tài)無功補償?shù)妮^好選擇。2、電氣化鐵路工況分析電氣鐵道電力機車牽引負荷為波動性很大的大功率單相整流負荷，對于電力系統(tǒng)的供電具有以下特點：（1）不對稱性。在供電系統(tǒng)中產(chǎn)生負序分量。（2）非線性。在供電系統(tǒng)中產(chǎn)生高次諧波。（3）波動性。使供電系統(tǒng)電壓波動。（4）功率大，分布廣。對供電系統(tǒng)影響嚴重。21電氣鐵道牽引供電系統(tǒng)電氣鐵道的供電是在鐵道沿線相隔一定距離建立若干個牽引變電站，由電力系統(tǒng)110KV( 三相雙電源供電，經(jīng)牽引變壓器降壓

30、為27.KV) 或55KV后后，向牽引網(wǎng)及電力機車單相供電。電力機車采用25KV 單相工頻交流電壓，在架空接觸導線和鋼軌之間行駛。圖1-1 為電氣鐵道牽引供電系統(tǒng)簡化圖電力機車牽引負荷對于電網(wǎng)來說為三相不對稱負荷，為了減小其產(chǎn)生的負序（基波）電流對供電系統(tǒng)的影響，各牽引站高壓側(cè)接人系統(tǒng)時要進行換相，使機車負荷較均勻地分配在系統(tǒng)各相E，Y，d11和V，v接線的牽引變壓器接入系統(tǒng)時的換相連接如圖1-2所示。對于供電系統(tǒng)來說，只要經(jīng)過三個牽引站的換相，即完成了輪換一周的循環(huán)。對于牽引網(wǎng)來說，為了機車運行上的方便，換相過程中應(yīng)使相鄰供電臂的電壓相位相同，因此需要經(jīng)過六個牽引站的換相，才能完成一個循環(huán)。

31、牽引變壓器的換相，使機車負荷接到系統(tǒng)不同的相上，對系統(tǒng)總體來說，達到三相比較平衡的狀態(tài)。但因各牽引站在不同的地點接入系統(tǒng)，以及各供電臂的機車負荷在不斷變化，因此對于供電系統(tǒng)的局部地區(qū)來說，電氣鐵道不平衡負荷產(chǎn)生的負序（基波）分量仍有較大的影響。22電氣鐵道牽引負荷當前我國電氣鐵道上使用的電力機車有國產(chǎn)韶山-1（SS-1）、韶山-3（SS-3）、韶山一4（SS-4）型以及進口8G，8K型等。下面主要介紹國產(chǎn)電力機車，并以韶山一1型為例進行分析。一、韶山-1型電力機車整流回路波形分析韶山-1 型電力機車整流回路的原理接線如圖1-3所示。當略去整流變壓器的漏抗時，整流器V1、V2 在換流過程中的重疊

32、角為零，兩者互不相關(guān)，輪換導通。圖1-3 韶山-1 型電力機車原理圖2.3、電力機車的諧波特征電力機車產(chǎn)生的諧波具有以下特征：（1）當機車在牽引工作狀態(tài)、整流回路投入工作時，便產(chǎn)生諧波。而在制動狀態(tài)或靠慣性前進的隋行狀態(tài)時，整流回路切除，不產(chǎn)生諧波。（2）電力機車的牽引力正比于取自系統(tǒng)、經(jīng)整流后的直流電流，該電流不因系統(tǒng)外界條件和運行方式而改變，而由機車的非線性特性產(chǎn)生的諧波電流成分與基波電流具有一定的比例關(guān)系。因此，電力機車為諧波電流源。（3）電力機車采用單相全波不控或半控整流，交流側(cè)的電流波形與橫軸成鏡對稱。整流電路在整流過程中交流電壓每一周期內(nèi)直流側(cè)整流電壓的脈動數(shù)、即整流設(shè)備的脈沖數(shù)戶

33、P=2，故其產(chǎn)生的特征諧波次數(shù)為h=2k1，k=1,2,3,4 .除h=1 的基波外，特征諧波為全部奇次諧波。（4）比較各型電力機車的整流、調(diào)壓方式和整流電壓波形，在相同的條件下，韶山-1型的機車電流較接近于正弦波，產(chǎn)生的諧波相對較小，韶山-3型產(chǎn)生的諧波與韶山-4型相近而稍大，韶山-4 型產(chǎn)生的諧波較前兩型為大，在控制過程中各次諧波電流含有率的變化也較大。3、電氣化鐵道動態(tài)無功補償裝置原理圖2為電氣化鐵道供電系統(tǒng)和動態(tài)無功補償器接線方式。動態(tài)無功補償系統(tǒng)由單相磁控電抗器和固定電容器組成。當電力機車進入牽引變電所所轄范圍時，固定電容器組充分補償機車感性無功，磁控電抗器的容量調(diào)到最?。蛰d）；當

34、電力機車駛出所轄電網(wǎng)以外后，電容器向系統(tǒng)倒送無功，此時，迅速調(diào)節(jié)磁控電抗器的容量到最大值，以吸收容性無功；在電力機車負荷變化的過程中，磁控電抗器快速跟蹤補償剩余容性無功，從而保證了高功率因數(shù)。與此同時，電容器組同時還起著3次，5次以及高次諧波濾波器的作用。4、MSVC在電氣化典型應(yīng)用41 意義我國電氣化鐵路牽引變電所一般采用固定無功補償裝置，由于電力部門在一些地區(qū)對牽引變電所功率因數(shù)考核，采用無功反轉(zhuǎn)正計的計費辦法。在這樣的記費辦法條件下，當牽引負荷大時，無功欠補；而當無牽引負荷或輕負荷時，無功補償裝置產(chǎn)生的無功向電網(wǎng)反送無功，而此時無功表仍按消耗的無功進行累加。這樣，牽引變電所高壓側(cè)功率因數(shù)

35、達不到0.9的要求。在一些單線區(qū)域或車流密度不大、機車有再生制動的牽引變電所，僅裝設(shè)固定電容補償裝置，造成功率因數(shù)偏低而被罰款。1998年，北京局支付功率因數(shù)罰款高達2400萬元，北京局豐沙大線牽引變電所，采用固補裝置，功率因數(shù)平均在0.65-0.75左右，罰款嚴重。以官廳西牽引變電所為例，改造前7月的功率因數(shù)及罰款情況如下，從表中可以看出，每月功率因素罰款為8-15萬元。改造前7個月的功率因素及罰款情況：時間功率因數(shù)用電量（度）罰款（元）2001/10782993700802432001/207638583001105532001/30782944200796392001/408356790

36、0751122001/50773650400999102001/607637560001093662001/7073060090153351為此，通過技術(shù)改造，將固補改為可調(diào)無功補償方式，根據(jù)實際負荷情況進行自動調(diào)節(jié)，徹底解決了電鐵功率因數(shù)罰款的難題，對提高用電質(zhì)量，減少電能損耗具有重要意義。目前我國電氣化鐵路單線占全部電氣化鐵路的一半以上，單線的貨運能力在1500萬噸/年，但也有些區(qū)段才幾百噸。單線區(qū)段實際最大通過能力每天只有3035對車，單線電氣化區(qū)段的帶電時間遠比雙線小，一般無負荷時間占全天的50%左右，這樣固定補償時功率因素難于達到0.9的標準。目前電業(yè)部門對工業(yè)、交通等部門用電的價格

37、，根據(jù)其功率因數(shù)的高低，進行獎勵與處罰。一般用戶的功率為0.9時，不獎不懲按正常電價收費；功率因數(shù)低于0.9時，減收電費。其增收與減收電費的百分比見下表：電費增減表（%）序號功率因素電費增減收1095-2.52092-0.20309004085+2.55083+3.56080+5.07076+7.08074+8.09070+1010065+2011060+3012055+4013050+5014045+6015040+7016035+80從表中可見，當COS=0.6時，需多支出電費30%，而補償?shù)?.9時，可以達到少支出30%電費的經(jīng)濟效果。綜上所述，可調(diào)無功補償裝置在單線電氣化區(qū)段，具有較廣

38、泛的市場前景，此外，在機車有再生制動的牽引區(qū)段，可調(diào)無功補償裝置對于提高高壓側(cè)的功率因素同樣具有廣闊的市場前景。4.2 官廳西牽引變電所改造情況官廳西牽引變電所設(shè)兩臺 Y/接線牽引變壓器，容量為15000KVA，牽引變壓器變比為110/27.5KV,移動備用方式。變電所二次側(cè)為雙母線分段，A，B相各設(shè)并聯(lián)電容補償裝置，A相補償電容器為4串7并，電容單元單臺容量80KVAR，總?cè)萘繛?240KVAR，單臺額定電壓為10.5KV；B相補償電容器為4串5并，電容單元單臺容量100KVAR，總?cè)萘?000KVAR，單臺額定電壓8.4KV。電費計量辦法：電力部門采用“有功反送不計，無功反送正計”方式8K

39、機車牽引功率： 6400KW機車電容補償容量:1800KVAR(半功率時),3600KVAR(全功率時)8K機車采用可控硅全控整流橋和半控整流橋相結(jié)合的二段橋可控整流調(diào)壓方式。牽引工況時,兩級橋串聯(lián),向兩臺牽引電動機供電;再生制動時,全控橋作為再生逆變橋,半控橋為勵磁控制橋。19982000年功率因數(shù)統(tǒng)計：1998年功率因數(shù)統(tǒng)計月份功率因數(shù)有功(度)無功(度)10.674187300468204120.663590400404283030.712913900301026040.723200340306768050.713260070325215060.713259080325611070.73

40、2581260241395080.73144240324324090.7428640702573340100.7529106002577350110.7232010003135000120.7325050033165001999年功率因數(shù)統(tǒng)計月份功率因數(shù)有功(度)無功(度)10.683402300356970020.663649800413160030.673154800349470040.683587100386760050.73296700340890060.733194400303600070683088800334290090.731911003

41、309900100.6834485003692700110.734782003778500120.69323830032142002000年功率因數(shù)統(tǒng)計(1-6月份)月份功率因數(shù)有功(度)無功(度)10.673392400362670020.653481500412170030.673177900364980040.683534300384450050.73415500352440060.8333891002819900通過現(xiàn)場測試,掌握官司廳西變電所負荷的現(xiàn)狀,測試有功,無功,功率因數(shù)變化規(guī)律,并分析諧波分量及補償效果,為改善無功補償方案以及提高功率因數(shù)的研究,提供基礎(chǔ)依據(jù).測試結(jié)果曲線(見

42、附件)以測試的全日負荷曲線為基礎(chǔ),當采用不同容量的固定無功電容補償,計算得110KV側(cè)的功率因數(shù),如下面圖表所示:從表中可以得出結(jié)論:采用固定無功電容補償方案是不可行的.為了將功率因數(shù)提高到0.9以上,應(yīng)該采用可調(diào)無功補償方案.4.3 可調(diào)無功補償方案選擇我國采用可調(diào)無功補償一般采用以下幾個方案:第一種是通過降壓變壓器將27.5KV電壓降至610KV后,采用接觸器投切電容器組.第二種是通過自耦變壓器自動調(diào)壓開關(guān)改變電容器組的端電壓,以調(diào)節(jié)電容器組的無功輸出容量.第三種是采用固定電容補償加磁控電抗器方案,磁控電抗器產(chǎn)生的感性無功與過補容性無功抵銷,實現(xiàn)并聯(lián)電容投切的軟開斷,從而使110KV功率因數(shù)達到0.9以上.官廳西牽引變電所采用固定無功補償裝置功率因數(shù)達不到0.9,必須采用可調(diào)無功補償裝置.官廳西可調(diào)無功補償裝置是由固定電容補償裝置和磁閥式可調(diào)電抗器組成.該裝置技術(shù)特點如下:a. 主接線簡單,占地面積小,運行可靠性高,能夠?qū)⒐β室驍?shù)補償?shù)?.9以上.b. 全自動跟蹤系統(tǒng)的無功進行補償,響應(yīng)速度快;c.投切無過渡過程,設(shè)備簡單,可靠,計算機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)先進,自動化程度高.27