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摘要：本文针对铁路电力系统使用零过渡过程动态无功补偿方式的现状进行了分析，对动态无功补偿装置不同类型的特点、特性、优缺点做了简要阐述、对比、分析，提出了红安西10KV配电所的无功补偿解决方案。
关键词：配电所；供电系统；零过渡过程动态无功补偿
1 概述
2009年沪汉蓉合武客运专线的开通，作为“四纵四横”快速客运网、连接中西部工区与东部沿海的快速通道，其地理位置极其重要。近几年来，电力外线基本上全部采用电缆线路的供电方式，容性负荷大大增加，功率因数在0.4-0.9之间，造成了无功电量大量增加，力率降低，严重影响了铁路电力线路的供电质量和安全效益。
红安西10kV配电所在新线开通时所内无任何补偿设备，馈出线路基本上为电力电缆线路，在线路上使用了电抗式补偿装置，此类装置为不可调节的静态补偿装置，导致该所过低的功率因数引起电能的极大浪费和电费支出剧增。
本文依据当前动态无功补偿研究成果结合红安西配电所设备的实际供电情况，总结出适用于红安西10KV配电所的动态无功补偿方案，为高速铁路电力配电所动态无功补偿方案的设计和设备的选型提供基础研究和参考。
2 动态无功补偿在高速铁路电力供电系统的应用现状
2.1 补偿方式
高速铁路配电所馈出、一级贯通、综合贯通线路，一般采用 10kV全电缆沿铁路线两侧敷设的方式运行，补偿方案一般分集中补偿和分散补偿两种方式。
2.2 动态无功补偿装置的类型
2.2.1 晶闸管控制电抗器（TCR）。晶闸管控制电抗器固定电容器补偿方式通过改变晶闸管触发角α，使电抗器的感抗发生变化，可以连续跟踪负载的变化。
2.2.2 10kV干式磁控电抗器动态补偿装置（MCR）：采用直流励磁原理，改变可控硅触发角来改变直流励磁的大小，有效提高供电系统的实时功率因数。结构简单，可靠性较高。
2.2.3晶闸管投切电容器 （TSC）。晶闸管投切电容器（TSC）是利用双向晶闸管或单向晶闸管反并联构成的交流无触点开关，可以根据负荷的变化快速平稳地投入或切除补偿电容器组，实现动态补偿。
3.1 红安西10KV配电所供电系统现状
红安西10kV配电所内未安装无功补偿装置，该所只是在线路（一级贯通、综合贯通）上安装了部分静态无功补偿装置（电抗）。由于线路上的负荷不具备稳定状态，致使线路上容性负载不具备可控性，因此静态的电抗补偿无法满足负荷的变化，经常存在电压不稳定，甚至产生谐振造线路上的设备过电压烧损。因此该所供电质量存在安全性差（投切电容器产生过电压和过电流），实时性不强（不能动态补偿）。
3.2 存在的问题
红安西10KV配电所的一级负荷、综合负荷线路负荷不大，全部使用的电缆线路，线路导致原无功补偿设备基本处于瘫痪状态，电能利用效率低、电能损耗大，直接影响配电所的安全经济运行的问题。
3.3 无功补偿方式的选择
在设备的选型上应该首先突出安全性、可靠性，其次是经济性、稳定性。本着这个原则，采用零过渡过程动态无功补偿技术实现动态无功补偿。
3.4 无功补偿设备的配置
由于一级贯通和综合贯通線路是容性特点，无功补偿只需要补偿感性无功，就近提供负载所需的无功功率实现无功就地动态平衡，避免负载与电源进行无功功率交换。因此在设备选型上，在不降低电压和有功功率的前提下，减少电流或无功功率。优化供用方式节电：降低P（提高负荷率、均配负荷），无功补偿节电：降低无功功率Q、减少损耗，提高V2（全局性）。
红安西10KV配电所选择GX-LDB2-400/0.4NK容量为400KVar的户内式抗谐波零过渡过程动态补偿装置2台，每台补偿装置由15组低压补偿装置组成，既可以补偿容性负荷，又可以补偿感性负荷，并通过控制器自动切换投入，效果非常好。零过渡过程动态补偿装置是新一代的多功能的无功补偿装置，尤其对供用电质量较差、负荷变化大的配电系统，在补偿方式上采用以线路区间分散补偿和配电所就地集中补偿相结合的方式，使用后利率达到95%以上，实现了智能补偿。
4 零过渡过程动态无功补偿的补偿原理
4.1 对高压配电室室内的增加零过渡过程动态无功补偿设备，选用具有容、感互补功能的高压综合动态补偿装置。在户外箱式安装容、感互补补偿装置，控制室安装控制柜，从既有电源线的电流、电压上采样，根据负荷的情况（容性负荷和感性负荷的大小），直接实现低压侧15组补偿柜自动投切（自动投切位），实现动态无功补偿。
4.2 减少电力需求技术手段：
在电力系统中，电气设备所需用的电功率称为电力或电力负荷。由于电功率分为视在功率、有功功率和无功功率， 一般用电流I表示的电力负荷（A），实际上是对应视在功率S（kVA）
在不降低电压和有功功率的前提下，减少电流或无功功率。
4.3提高能效（功率因数）的措施
就近提供负载所需的无功功率实现无功就地动态平衡，避免负载与电源进行无功功率交换。减少由于无功功率在电路内往返传输过程中引起的电能损失；减少由于无功功率在电路内往返传输过程中引起的电压损失。
5、红安西10KV配电所动态无功补偿装置新增生产能力和投资效益分析
5.1安全性：零过渡过程投切电容器组，避免电容器投切产生过电压和过电流，使用寿命提高3～4倍、其它供用电设备使用寿命延长、效率提高。
5.2环保性：补偿装置工作不产生谐波、不引起电压波形畸变、不产生投切振荡或投切涌流；可以抗谐波并吸收部分谐波；提高电压质量。
5.3动态性：可快速、动态补偿冲击负荷，抑制电压剧烈波动，改善电压质量。
5.4高效节能性：红安西10kV配电所低压技改前平均功率因数为0.42，技改后平均功率因数为0.95以上，节电37.75%。最少全年节电90万度。
6.结论
本文所探讨高速铁路和客运专线的无功补偿方案，采用先进的零过渡过程动态无功补偿技术，结合当前高速和普速铁路电力系统无功补偿方式的应用和红安西10KV配电所实际供电特点，有效地提高了速铁路电力系统的功率因数，解决了用户侧采取无功补偿装置仍存在功率因数考核电费的问题，能较好地满足国家电网对功率因数的要求，减少功率因数考核电费的支出和线路损耗，降低铁路运营的成本。
参考文献：
[1]孙元新.铁路10kV供电系统的无功补偿分析[J].上海铁道科技，2010，3：98-100.
关键词：配电所；供电系统；零过渡过程动态无功补偿
1 概述
2009年沪汉蓉合武客运专线的开通，作为“四纵四横”快速客运网、连接中西部工区与东部沿海的快速通道，其地理位置极其重要。近几年来，电力外线基本上全部采用电缆线路的供电方式，容性负荷大大增加，功率因数在0.4-0.9之间，造成了无功电量大量增加，力率降低，严重影响了铁路电力线路的供电质量和安全效益。
红安西10kV配电所在新线开通时所内无任何补偿设备，馈出线路基本上为电力电缆线路，在线路上使用了电抗式补偿装置，此类装置为不可调节的静态补偿装置，导致该所过低的功率因数引起电能的极大浪费和电费支出剧增。
本文依据当前动态无功补偿研究成果结合红安西配电所设备的实际供电情况，总结出适用于红安西10KV配电所的动态无功补偿方案，为高速铁路电力配电所动态无功补偿方案的设计和设备的选型提供基础研究和参考。
2 动态无功补偿在高速铁路电力供电系统的应用现状
2.1 补偿方式
高速铁路配电所馈出、一级贯通、综合贯通线路，一般采用 10kV全电缆沿铁路线两侧敷设的方式运行，补偿方案一般分集中补偿和分散补偿两种方式。
2.2 动态无功补偿装置的类型
2.2.1 晶闸管控制电抗器（TCR）。晶闸管控制电抗器固定电容器补偿方式通过改变晶闸管触发角α，使电抗器的感抗发生变化，可以连续跟踪负载的变化。
2.2.2 10kV干式磁控电抗器动态补偿装置（MCR）：采用直流励磁原理，改变可控硅触发角来改变直流励磁的大小，有效提高供电系统的实时功率因数。结构简单，可靠性较高。
2.2.3晶闸管投切电容器 （TSC）。晶闸管投切电容器（TSC）是利用双向晶闸管或单向晶闸管反并联构成的交流无触点开关，可以根据负荷的变化快速平稳地投入或切除补偿电容器组，实现动态补偿。
3.1 红安西10KV配电所供电系统现状
红安西10kV配电所内未安装无功补偿装置，该所只是在线路（一级贯通、综合贯通）上安装了部分静态无功补偿装置（电抗）。由于线路上的负荷不具备稳定状态，致使线路上容性负载不具备可控性，因此静态的电抗补偿无法满足负荷的变化，经常存在电压不稳定，甚至产生谐振造线路上的设备过电压烧损。因此该所供电质量存在安全性差（投切电容器产生过电压和过电流），实时性不强（不能动态补偿）。
3.2 存在的问题
红安西10KV配电所的一级负荷、综合负荷线路负荷不大，全部使用的电缆线路，线路导致原无功补偿设备基本处于瘫痪状态，电能利用效率低、电能损耗大，直接影响配电所的安全经济运行的问题。
3.3 无功补偿方式的选择
在设备的选型上应该首先突出安全性、可靠性，其次是经济性、稳定性。本着这个原则，采用零过渡过程动态无功补偿技术实现动态无功补偿。
3.4 无功补偿设备的配置
由于一级贯通和综合贯通線路是容性特点，无功补偿只需要补偿感性无功，就近提供负载所需的无功功率实现无功就地动态平衡，避免负载与电源进行无功功率交换。因此在设备选型上，在不降低电压和有功功率的前提下，减少电流或无功功率。优化供用方式节电：降低P（提高负荷率、均配负荷），无功补偿节电：降低无功功率Q、减少损耗，提高V2（全局性）。
红安西10KV配电所选择GX-LDB2-400/0.4NK容量为400KVar的户内式抗谐波零过渡过程动态补偿装置2台，每台补偿装置由15组低压补偿装置组成，既可以补偿容性负荷，又可以补偿感性负荷，并通过控制器自动切换投入，效果非常好。零过渡过程动态补偿装置是新一代的多功能的无功补偿装置，尤其对供用电质量较差、负荷变化大的配电系统，在补偿方式上采用以线路区间分散补偿和配电所就地集中补偿相结合的方式，使用后利率达到95%以上，实现了智能补偿。
4 零过渡过程动态无功补偿的补偿原理
4.1 对高压配电室室内的增加零过渡过程动态无功补偿设备，选用具有容、感互补功能的高压综合动态补偿装置。在户外箱式安装容、感互补补偿装置，控制室安装控制柜，从既有电源线的电流、电压上采样，根据负荷的情况（容性负荷和感性负荷的大小），直接实现低压侧15组补偿柜自动投切（自动投切位），实现动态无功补偿。
4.2 减少电力需求技术手段：
在电力系统中，电气设备所需用的电功率称为电力或电力负荷。由于电功率分为视在功率、有功功率和无功功率， 一般用电流I表示的电力负荷（A），实际上是对应视在功率S（kVA）
在不降低电压和有功功率的前提下，减少电流或无功功率。
4.3提高能效（功率因数）的措施
就近提供负载所需的无功功率实现无功就地动态平衡，避免负载与电源进行无功功率交换。减少由于无功功率在电路内往返传输过程中引起的电能损失；减少由于无功功率在电路内往返传输过程中引起的电压损失。
5、红安西10KV配电所动态无功补偿装置新增生产能力和投资效益分析
5.1安全性：零过渡过程投切电容器组，避免电容器投切产生过电压和过电流，使用寿命提高3～4倍、其它供用电设备使用寿命延长、效率提高。
5.2环保性：补偿装置工作不产生谐波、不引起电压波形畸变、不产生投切振荡或投切涌流；可以抗谐波并吸收部分谐波；提高电压质量。
5.3动态性：可快速、动态补偿冲击负荷，抑制电压剧烈波动，改善电压质量。
5.4高效节能性：红安西10kV配电所低压技改前平均功率因数为0.42，技改后平均功率因数为0.95以上，节电37.75%。最少全年节电90万度。
6.结论
本文所探讨高速铁路和客运专线的无功补偿方案，采用先进的零过渡过程动态无功补偿技术，结合当前高速和普速铁路电力系统无功补偿方式的应用和红安西10KV配电所实际供电特点，有效地提高了速铁路电力系统的功率因数，解决了用户侧采取无功补偿装置仍存在功率因数考核电费的问题，能较好地满足国家电网对功率因数的要求，减少功率因数考核电费的支出和线路损耗，降低铁路运营的成本。
参考文献：
[1]孙元新.铁路10kV供电系统的无功补偿分析[J].上海铁道科技，2010，3：98-100.