（北京交通大学电气工程学院（中国联合工程公司北京分院） 北京 100070）
摘要：通过对国内外现状，对国内产品和应用效果进行调研，经过实验数据的分析和对比，研究分析了单相牵引变压器+TSC+TSR这种补偿方式对铁路工厂内牵引变电系统的作用。
关键词：牵引供电；补偿；TSC；TSR
Abstract:Through to the domestic and foreign research present situation, the domestic products and application effects of the research, through analysis and comparison of experimental data, the research analyzes the single phase traction transformer + TSC + TSR this way of compensation for the role of railway factory in traction substation system.
Keywords：Traction power supply，compensation，TSC，TSR
一、引言
铁路电力机车制造过程中在出厂前要经过静态调试和动态调试，都需要单相27.5KV电源供给接触网，机车从接触网取得调试电源。铁路动车组制造过程中也要经过静态调试和动态调试，存在同样问需求。
但是，多年来，铁路装备制造企业对于27.5KV电源的解决方案一直存在较多的问题。
有的企业从路局引入一路单相27.5KV电源进行机车的调试，但这取决于当地路局是否有足够的容量和供电回路。该方式存在的主要问题是：何时供电由路局根据运输情况来决定，而企业只能听命于路局，而工厂生产一旦受到影响，损失巨大。此外该方式还存在一个投资大、维护成本高的问题，供电需要从路局牵引变电所引入独立一路电缆，由于不同企业距离铁路站线和牵引变电所的距离不同，且要找到可靠的敷设路径（要征地），因此该方式投资较大。
有的企业采用自备的单相电源，既配置一台10kV/27.5kV的单相变压器供给。该方式存在的关键问题是三相不平衡问题。铁路机车功率较大，尤其技术引进后，重载交流传动机车的安装功率达到10000kVA以上，而一般工厂的全部降压站容量不过10000-30000kVA，由于调试是间断的，因此变压器的负载也是波动的，当机车动调过程中，单相的负载会造成10kV侧三相的不平衡，造成电机停转和照明灯灭掉的后果，使生产无法继续。一般企业采取第三班进行调试的方式来解决，给生产带来严重不便，也使调试试验设施使用效率降低，不能发挥其生产能力。
二、研究内容与取得的成果
（1）、牵引变电对电能质量影响
电气化铁道点能力质量问题是由于我国电力和铁路基础设施相对薄弱，在发展快的同时，不同行业间间协调不够造成的。电气化铁路牵引负荷为单相非线性冲击负荷，功率大，在运行过程中有较大的负序电流注入电网，导致电力系统三相不对称，其产生的高次谐波，使电网电压波形发生畸变，牵引负荷所需无功的剧烈波动引起了供电系统电压的剧烈波动，导致电网电能质量严重下降。由无功补偿电容器组引起的谐振或谐波电流放大会造成电容器的损坏、变压器保护误动作、线路继电保护的误动作以及电动机过热损坏等等。牵引负荷的负序、谐波、无功以及电压波动，彼此之间具有一定的内在联系。
（2）、补偿方式调研
（2.1）国铁正线采用的三相平衡方式
牵引变电所的主要任务是将电力系统输送来的电能降压，然后以单相供电方式经馈电线送至接触网上，电压变换由牵引变压器进行。电力系统的三相交流电改变为单相是通过牵引变压器的电气接线来实现的。我国目前所用的牵引变压器有三相式、三相-二相式及单相式三种类型。
三相式变压器线圈接成星—三角形连接组，连接标号为Y，d11，次边为三角形连接。三角形的一角（W相）与钢轨和接地网连接，另两角（U相、V相）分别接至牵引变电所两边供电分区的接触网上（又称两个供电臂），因此使接触网对地为单相。三相变电所高压侧电压等级为110kV，低压侧（又称牵引侧）电压为27.5kV。这是我国牵引变电所的主要接线形式。在AT供电区段，牵引变电所低压侧电压为55kV，配合AT变压器实现对牵引网的供电。
三相变电所一般采用两台单相变压器联成开口三角形接线，符号为V/V。应用该接法，单相变电所比较简单，单相变压器利用率较高，但是对电力系统负载对称性影响较大。即不平衡度较大。例如哈（尔滨）大（连）线牵引变电所即采用了这种接线形式，其高压侧电压等级为220kV，牵引侧为27.5kV。
为了减少单相牵引负载对三相电力系统产生的不对称影响，其牵引变电所的变压器采用较特殊的接线方式，主要有斯科特（Scott）接线方式和伍德桥（Wood Bridge）接线方式，采用这样接线的变电所称为三相-二相变电所。这种接线方式的特点是变压器次边电压为相角差90°的二相交流电，在两相负载平衡时，其变压器的原边为三相对称负载，可以大大消除牵引系统对电力系统产生的不对称影响。
（2.2）国外采用的平衡补偿方式
日本采用斯科特接线或伍德桥接线三相变压器，法国、德国、意大利和西班牙采用单相变压器。因企业产量和管理模式与国内差别，生产企业牵引变电所多与正线合用，主要采取的是分相供电方式。
（2.3）单相牵引变压器+TSC+TSR
2.3.1、系统原理
单相牵引供电平衡补偿电路及补偿后电流电压矢量图。10MVA单相牵引变压器由10kV的A、B相电源供电，次边25kV电压供给牵引负荷电流Iz,最大输出视在功率Pz=10MVA。平衡补偿装置由TSC与TSR构成，TSC接于B、C相,TSR接于和C、A相。在不同负荷电流下，调节各TSC和TSR达到三相电流平衡。
以下分析确定电容器与电抗器的参数容量值。图b)画出平衡补偿后的电流、电压矢量图。以电压矢量UAB为基准，写出三相电流
c该补偿方式的特点
1）牵引变压器可以使用三相牵引变压器，也可用单相牵引变压器，效果一样。单相牵引变压器价廉，接入电网简单，不必过多考虑接入电网的相序问题。
2)三相平衡补偿装置采用TSC+TSR补偿方式。TSC是高压晶闸管投切电容器装置，TSR是高压晶闸管投切电抗器装置，响应时间20ms，不产生谐波。
3)通过TSC+TSR分级调节，可使三相电流基本平衡对称。当牵引功率由零至10MW变化时，三相电流对称性能良好.
4）动力变压器12.5MVA,10kV额定电流722A，如单相牵引变压器功率10MW，则归于10kV的电流为1000A，如为三相牵引变压器，则10kV的B相电流为1155A，动力变压器将大大超载。平衡补偿后10kV三相电流最大为577.4A，保证动力变压器不会过载。
d应用情况及试验结果
目前该补偿系统在四方股份公司已经应用。试验数据如下：
（1）数据格式：
21:28:08,95,100,100,104,129,124,119,120,202,
21:28:08,1993,-296,2014,98,
（2）数据说明：
每秒钟记录两行数据
第一行数据从左至右含义依次为：AB线电压、BC线电压、CA线电压、A相电流、B相电流、C相电流、TSC补偿电流、TSR补偿电流、负载电流;上数据表示：UAB=9.5kV、UBC=10.0kV、UCA=10.0kV、IA=104A、IB=129A、IC=124A、IBC=119A、ICA=120A、IZA=202A
第二行数据从左至右含义依次为：有功功率、无功功率、视在功率、功率因数;上数据表示：P=1993kW、Q=-296kVar、S=2014kVA 、PF=0.98
（3）结论
具体方案需综合考虑用户试验项目、电能质量要求、负载情况及当地供电情况等诸因素而确定。
如用户对电能质量要求不高，上级变压器容量较大，对不平衡度不敏感且试验间隔时间3-5分钟能够保证，推荐采用单相牵引变压器+TSC+TSR的形式。
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论文作者:任韬
论文发表刊物:《电力设备》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/4
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