專利名稱：電鐵牽引供電系統(tǒng)無功動態(tài)補償裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電氣化鐵道牽引站的無功功率補償裝置，更具體地，涉及電鐵牽引站低壓無功動態(tài)補償裝置。
我國電氣化鐵道發(fā)展很快，其供電網(wǎng)為額定電壓25KV，通常按27.5KV運行。電鐵供電網(wǎng)的負載有如下特性(1)．間歇性沖擊負荷由于在一個供電區(qū)內(nèi)的列車數(shù)目及位置每時每刻都在變化，每列車牽引重量和運行狀態(tài)也不盡相同，因此供電區(qū)饋線牽引負荷實際上是在不斷的大幅度變化。機車在長大坡道線路上爬坡，行駛中的頻繁換級和啟停又造成有功功率和無功功率的不斷沖擊，引起電壓大幅度波動，特別是在機車分相或分段時產(chǎn)生的勵磁涌流對電力系統(tǒng)安全運行危害很大。
(2)．流動性非均衡負荷電力機車是一個移動負荷，供電區(qū)負荷率很低，平均小于10％，但高峰負荷卻很大，特別是鐵路運輸正向高速方向發(fā)展，最大負荷電流已接近甚至超過了線路最小短路電流，而且全天用電無避峰條件，使整個供電系統(tǒng)運行惡化，并造成發(fā)電和送變電設備的巨大浪費。
(3)．不對稱負荷單相區(qū)段供電必然造成電力系統(tǒng)不對稱運行，機車電力負荷向電網(wǎng)注入大量負序電流并引起三相電壓嚴重不平衡，這些負序分量會危害電廠發(fā)電機正常工作，也造成該供電系統(tǒng)內(nèi)的電動機發(fā)熱甚至燒毀。
(4)．諧波嚴重電力機車是一個非對稱諧波源，諧波電流含有率達23％以上，這已大大超過國家標準。這些諧波不僅危害牽引供電系統(tǒng)的安全運行，使通訊線路受到大量干擾，而且上竄到上一級電網(wǎng)，造成電能質(zhì)量大面積惡化，已成為“公害”。
(5)．功率因數(shù)低據(jù)對多種電力機車功率因數(shù)測定表明，各類機車平均功率因數(shù)不足0.8，有的甚至低至0.5，由于功率因數(shù)過低，每年征收的罰款以北京局為例，1996年已達1700萬元。
綜上所述，電氣化鐵路負荷狀態(tài)極其惡劣，它使牽引供電系統(tǒng)電能質(zhì)量嚴重惡化并造成電能巨大浪費，同時也使機車牽引力大大下降，因而降低了整個線路的運輸能力。
面對牽引供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的惡劣狀態(tài)，我國目前廣泛采用的在牽引供電母線兩臂分別裝設固定連接的濾波器的補償方式，對建立無功電源、提高功率因數(shù)具有一定的作用，但是這種補償方式存在重大缺陷當牽引變承受電力機車牽引負載時或當電網(wǎng)電壓水平降低時不能因應提高電壓(例如供電網(wǎng)始端電壓＜21KV，末端電壓＜19KV)，因而大大損失了機車有效出力，使牽引電機過載，嚴重影響牽引電機的使用壽命甚至損壞，增大機車大修費用；由于它不能根據(jù)負荷狀態(tài)的變化進行無功補償?shù)恼{(diào)節(jié)控制，因而無法對隨機頻繁的沖擊階躍動態(tài)負荷進行跟蹤補償，往往不是欠補就是過補，補償效果很差，補償后的功率因數(shù)遠低于國家標準；由于它在機車通過后或停車時都不能自動切除電容器，造成無功返送電網(wǎng)，引起無行車期電壓大幅度上升，嚴重影響電氣設備的安全運行；無論欠補還是過補，無功潮流都增大了線路和變壓器的損耗，造成電能的巨大浪費；由于它不能分相調(diào)節(jié)，因此也無法解決非對稱性負荷造成的三相不平衡；由于它不能根據(jù)負荷諧波分量的變化進行濾波器的投切調(diào)整，因此它的濾波效果也是很差的，有時甚至會造成系統(tǒng)諧振。
事實證明這種靜態(tài)補償方式根本不能滿足電鐵牽引變電所的電壓和無功控制要求。
國外部分發(fā)達國家已有采用具有平衡化功能的SVC裝置，一種由分相TCR和TSC所組成的控制系統(tǒng)。
國內(nèi)曾對SVC應用到我國電氣化鐵道上也作過不少研究，但是該裝置價格昂貴，能耗費和運行費甚高，并不適合我國當前的國情，因此至今未能實際運用。
本實用新型的目的是提供一種低壓無功動態(tài)補償裝置，由其控制投切濾波器組，按機車負荷無功電流值調(diào)節(jié)投切補償容量，從而全面改善上述電鐵電網(wǎng)牽引站工作質(zhì)量。
本實用新型的技術方案為一種電鐵牽引站低壓無功動態(tài)補償裝置，包括至少一組濾波器，其特征是具有協(xié)調(diào)變壓器(Tn)，其數(shù)目和所述濾波器組相對應，相互并聯(lián)于牽引站供電網(wǎng)上；所述至少一組濾波器各自經(jīng)無觸點投切開關接于所述協(xié)調(diào)變壓器低壓繞組，通過協(xié)調(diào)變壓器耦合于牽引站供電網(wǎng)端；所述各組濾波器由調(diào)諧于指定諧波的濾波電感(Ln)及濾波電容(Cn)構成。所述投切濾波器的無觸點開關可以是形成半控式晶閘管管閥，它由反并聯(lián)連接的晶閘管(Vn)及整流管(Dn)組成。本方案中半控式晶閘管閥對濾波器作快速投切。
濾波器組可由二個或二個以上分支并聯(lián)構成，各分支各具有該組濾波器總量的一部分。
本實用新型方案的示意圖示于
圖1，該圖中表示了只有一組變壓器一濾波器，但濾波器有三個分支，濾波電感及電容均由半控式晶閘管閥接到各自的變壓器低壓繞組。
本方案補償裝置還可以同時設置固定連接于牽引站供電網(wǎng)的調(diào)諧于主要的諧波(例如三次諧波)的濾波器作為基本的(靜態(tài)的)補償。
所述控制器的控制信號取機車負荷的無功電流值、牽引站供電網(wǎng)電壓值及諧波量，用以優(yōu)化控制無功補償投入量。此種控制的示意圖見圖2，圖中有二個分支，各占總容量的1/3和2/3，由控制器G控制各分支的投切，例如按二進制碼實現(xiàn)1,2,3級調(diào)節(jié)，控制器G可以是一種微機調(diào)節(jié)器，輸入牽引站供電網(wǎng)25KV電壓信號、總負荷電流信號等，計算檢測出應補償無功功率、電壓、諧波等參數(shù)輸出相應的對晶閘管Vn1、Vn2觸發(fā)電流。由于控制器G部分的控制在現(xiàn)有技術中習見，且不屬本實用新型的范圍，將不在這里詳細描述。
本實用新型的優(yōu)點在于1．使用了協(xié)調(diào)變壓器，隔離了27.5KV高壓，便于在低壓側進行維護及運行，無需使用價格昂貴水冷系統(tǒng)供水不便，且缺乏維護運行經(jīng)驗的高壓晶閘管閥和高壓無功動補裝置而代以價廉和易于維護運行的低壓晶閘管閥和低壓無功動補裝置；2．協(xié)調(diào)變壓器低壓繞組分為若干組，成倍地增大了低壓無功補償量，并且不需低壓側作為總匯流的大型母線；3．按機車負荷跟蹤投入適量無功功率后，可以通過牽引站主變阻抗和110KV電網(wǎng)阻抗而調(diào)整牽引網(wǎng)網(wǎng)壓；這種無功補償分支在機車通過和電力負荷下降后便立即自動退出，不會引起網(wǎng)壓過高問題；4．由于無功補償分支主要是濾波器分支，故可以兼起諧波濾波和凈化諧波污染的作用；5．通過提高受電功率因數(shù)而大幅度節(jié)省電費支出，所用裝置的費用可從節(jié)支效益中于短期內(nèi)回收；6．由于單相負荷的無功部份就地給予補償或基本補償，并由于電網(wǎng)負荷電壓主要是不平衡無功在電流側電抗中流過所造成的壓降形成的，所以，本裝置可以顯著削減負序電量，起平衡化作用；圖1為本實用新型技術方案示意圖。
圖2為本實用新型濾波器分支控制示意圖。
圖3為本實用新型實施例電路圖。
以下將結合附圖描述實施例。
圖3是本實用新型的一個實施例，它表示一個電鐵牽引變電站供電網(wǎng)上電路連接的圖。
一供電臂用一臺20MVA的降壓變壓器，從110KV電網(wǎng)受電，向27.5KV牽引供電網(wǎng)供電，總共5600Kvar無功補償容量配置為1．固定聯(lián)接的三次諧波濾波器一組F3G，裝置容量為700Kvar。
2．動態(tài)投切的三次諧波濾波器一組F3，設三個分支F31,F32,F33，每分支裝置容量為700Kvar，通過一臺2100KVA27.5KV/1KV的單相變壓器T3協(xié)調(diào)接入，變壓器低壓側有3個1KV繞組。3次濾波器是把1KV單繞組對電源的等值電抗與補充電感ΔL31值的總和L31，與電容C31調(diào)諧于3次諧波，即3ω1L31=13ω1C31]]>其中ω1=314，為工程角頻率2πf
V31為晶閘管D31為整流管V31與D31組成半控式無觸點開關，由一臺微機調(diào)節(jié)器G控制，調(diào)節(jié)器取27.5KV(經(jīng)Pt變換為0～100V)電壓U值和機車總負荷電流(經(jīng)CT變換為0～5A)電流I值作輸入，輸出信號V3、V5、V73．動態(tài)投切的5次諧波濾波器一組F5，共設三個分支F51,F52,F53，每分支裝置容量為700Kvar，由一臺2100KVA變壓器T5協(xié)調(diào)供電。
4．動態(tài)投切的7次諧波濾波器一組F7，只設一個分支，容量為700Kvar，由一臺700KVA變壓器T7協(xié)調(diào)供電3次、5次及7次濾波器均由同一臺微機調(diào)節(jié)器G控制，機車通過時，根據(jù)無功負荷的大小，并且以諧波量作為輔助調(diào)節(jié)信號，跟蹤投切各組濾波器，以達到調(diào)壓(20％以上)，補償無功功率(使功率因數(shù)提高到0.92以上)、濾波(達到諧波國際標準要求)諸目的。與此同時，因為27.5KV母線的無功負荷基本上都由本實用新型低壓無功動態(tài)補償裝置作了補償，所以，電網(wǎng)電壓的不平衡影響便可基本抑制，達到三相電壓不平衡的國際標準要求。
本實施例三、五次濾波器均由三個分支組成，這樣做的附加優(yōu)點是濾波器投切量有更靈活選擇的可能，此外，還解決了積小容量無功動補濾波器為大容量濾波器問題，充分利用電磁耦合傳變，不需要大電流匯流排。
權利要求1．一種電氣化鐵道牽引站低壓無功功率動態(tài)補償裝置，包括至少一組濾波器，其特征是有協(xié)調(diào)變壓器(Tn)，其個數(shù)與所述濾波器組對應，互相并聯(lián)于牽引站供電網(wǎng)上；所述至少一組濾波器各自經(jīng)無觸點投切開關接于所述協(xié)調(diào)變壓器低壓繞組，通過協(xié)調(diào)變壓器耦合于牽引站供電網(wǎng)端；所述各組濾波器由調(diào)諧于指定諧波的濾波電感(Ln)及濾波電容(Cn)構成。
2．根據(jù)權利要求1的無功動態(tài)補償裝置，其特征是所述無觸點投切開關是形成半控式晶閘管閥的反并聯(lián)連接的晶閘管(Vn)及整流管(Dn)所構成。
3．根據(jù)權利要求1或2的無功動態(tài)補償裝置，其特征是所述各組濾波器包括至少一個分支；協(xié)調(diào)變壓器有數(shù)目和分支數(shù)對應的低壓繞組；同一組濾波器中各分支均由調(diào)諧于相同指定諧波的電感和電容經(jīng)各自的所述開關接于對應的協(xié)調(diào)變壓器低壓繞組。
4．根據(jù)權利要求1或2的無功動態(tài)補償裝置，其特征是和所述各協(xié)調(diào)變壓器并聯(lián)連接有固定濾波器組，所述固定濾波器組由調(diào)諧于指定諧波的電感和電容組成。
5．根據(jù)權利要求3的無功動態(tài)補償裝置，其特征是和所述各協(xié)調(diào)變壓器并聯(lián)連接有固定濾波器組，所述固定濾波器組由調(diào)諧于指定諧波的電感和電容組成。
專利摘要一種用于電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)的低壓無功動態(tài)補償裝置,其構成是調(diào)諧于指定諧波的濾波器組經(jīng)開關接于協(xié)調(diào)變壓器(Tn)的低壓繞組,由協(xié)調(diào)變壓器耦合于牽引供電網(wǎng)?？梢杂姓{(diào)諧于不同諧波的幾個變壓器一濾波器并聯(lián)。所述開關為低壓晶閘管組成的晶閘管閥。本實用新型方案避免使用價貴、運行維護困難的高壓晶閘管,又滿足調(diào)壓、補償功率因數(shù)、濾波、平衡等達到電網(wǎng)高質(zhì)量的要求。
文檔編號H02J3/18GK2309659SQ97228689
公開日1999年3月3日 申請日期1997年10月8日 優(yōu)先權日1997年10月8日
發(fā)明者劉倬云 申請人:劉倬云