济南铁路局青岛供电段 山东济南 266005
摘要：牵引负荷是电力系统的重要负荷，而功率因数低、负序功率大、谐波含量高是牵引变电所电能质量的突出问题。介绍有关电能质量的国家标准，通过对牵引变电所实际测量数据的统计、计算和分析，依据国标对牵引变电所的电能质量做了初步评价，并针对其存在的电能质量问题，提出采用一种带降压变压器的单调谐滤波器动态无功补偿方案，通过计算验证该方案的有效性。
关键词：牵引变电所；电能质量；分析；控制
引言
牵引负荷是电力系统的重要负荷，而功率因数低、负序功率大和谐波含量高是牵引变电所电能质量的突出问题。针对某牵引变电所的实测数据，基于电能质量国家标准统计了各项指标，对其电能质量状况做了全面的评价。给出了适合该牵引变电所的电能质量控制方案，仿真结果表明该方案能有效地补偿无功功率，减小三相电压不平衡度和谐波电压总畸变率，稳定牵引网电压。
1、电能质量指标简介及算法
1.1谐波。所谓谐波分析，即对非正弦周期信号按傅里叶级数展开成一系列谐波，得到由电网中非线性负荷而产生的、频率大于1的整数倍基波频率分量。GB/T14549—1993《电能质量公用电网谐波》中，给出了谐波电压含量、第h次谐波电压含有率、总谐波畸变率的计算公式。通常取测量时段内各相实测值的95%，作为判断谐波是否超过允许值的依据。
1.2三相不平衡度标准。GB/T15543—2008《电能质量三相电压允许不平衡度》适用于交流额定频率为50Hz电力系统，正常运行方式下，由于负序分量而引起的PCC连接点的电压不平衡。其中规定，电力系统公共连接点正常运行方式下，不平衡度允许值为2%，短时不得超过4%；每个用户不得超过1.3%。不平衡度允许值，是指在电力系统正常运行的最小负荷方式下，负荷所引起的电压不平衡度为最大的生产（运行）周期中的实测值。在确定三相电压允许不平衡度指标时，规定用95%概率值作为衡量值。
1.3电压允许偏差用电设备的运行指标和额定寿命是相对其额定电压而言的，当其端子上出现电压偏差时，运行参数和寿命将受到影响，影响程度视偏差的大小、持续时间和设备状况而异。GB/Tl2325—2008《电能质量供电电压允许偏差》规定，电力系统在正常运行条件下，用户受电端供电电压的允许偏差，对于35kV及以上供电和对电压质量有特殊要求的用户，为额定电压的正负偏差绝对值之和不超过10%。
1.4功率因数。功率因数也是重要的电能质量指标之一。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆原水利电力系统和国家物价局颁布的《功率因数调整电费办法》（（83）水电财字第215号）规定，160kVA以上的高压供电工业用户的功率因数不小于0.9。目前电力系统考核功率因数的计算方法主要包括无功反送不计（当出现无功功率为负值时，将其取成0）和无功反送正计（当无功功率为负值时，将其取成正值再与正无功功率加起来）2种方式。对电气化铁道而言，其功率因数的计算方法以无功反送正计居多。
2、电能质量控制方案的选择
针对该牵引变电所电能质量的实际情况，需要提供大量动态无功功率支撑，稳定牵引网电压，降低系统网损，治理谐波和负序功率。随着电力电子技术的迅速发展，采用静止无功功率发生器技术完全可以满足要求，但受元器件容量限制，工程造价难以承受。目前静止无功功率补偿装置的工程化和实用化程度很不错，已经积累了多年的运行经验。该方案具有综合治理效果好、初期投资低、回报收益快及占地面积小等优点，并且国内已有成功应用案例。在国外，该补偿方案已普遍应用于电气化铁道，世界上首例电气化铁道无功功率自动补偿系统就是采用该种补偿方式，我国南昆线也是采用该方案来提高牵引系统的功率因数，稳定牵引网电压，综合解决了电能质量问题。
3、基于实测数据的牵引变电所电能质量分析
3.1电压总谐波畸变已超出了GB/T14549—1993限值，需要考虑设置滤波装置。相控整流器主要含有大量低次谐波，滤波装置的主要功能应是滤除该部分谐波分量。
3.2三相电压不平衡度基本符合GB/T15543—2008要求。主要是由于牵引变电所采用了平衡变压器接线方式，且两供电臂负荷较为均衡，故而有效抑制了负序分量。
3.3功率因数在采用反送不计方式时，日功率因数可以达到0.9，但采用反送正计方式时，难以满足要求。原因为牵引变电所内设置的固定电容补偿装置产生了过补偿。
4、电能质量控制方案研究
4.1方案比选针对该牵引变电所电能质量存在的问题，选择合理的电能质量控制方案对其进行改造。改造方案应既能提高电能质量，解决无功和谐波等问题，又经济合理，并且具有容易工程化，维护和管理方便等优点。目前，各种电能质量控制方案具有综合治理效果好、初期投资低、回报收益快等优点，因此，初步选择SVC作为该变电所电能质量治理的控制方案。
4.2方案设计根据带有降压变压器的单调谐滤波器的设计思想，将降压变压器设计成为可调，通过调节加在电容器组和电抗器上的电压来调节其无功出力，并可与固定滤波器混合使用。设计时，可按照负荷平均无功功率和滤波要求设计固定多次单调谐滤波器容量，适当在电压调节支路分别配置一定容量的电抗器和电容器组。带降压变压器的单调谐滤波器示意通过测算，变电所经过改造后，进线侧电压综合畸变率明显降低，功率因数在采用反送正计方式下亦大于0.9，三相电压不平衡度也能得到一定程度的改善。
结束语
本文针对某牵引变电所的实测数据，基于电能质量国家标准统计了各项指标，分析表明负序功率大、谐波含量高、无功功率大及供电电压大幅波动等电能质量问题比较突出，开展电能质量综合治理势在必行。此外，外部电源电压等级低，短路容量明显偏小，需要加快电力系统建设，为电气化铁路的发展提供强有力的保障。由此，提出了一种便于工程化和实用化的单相电能质量控制方案，软件编制计算程序，对其补偿效果进行了验证。仿真结果表明投入补偿装置后该牵引变电所的功率因数达到了国家标准要求，减小了三相电压不平衡度和谐波电压总畸变率，稳定了牵引网电压。
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［5］GB/T 15543—2008 电能质量三相电压不平衡［S］. 北京：中国标准出版社，2015.
论文作者:李红燚,李,蓓,刘建丽
论文发表刊物:《防护工程》2017年第28期
论文发表时间:2018/2/6
标签：电能论文; 谐波论文; 电压论文; 变电所论文; 功率因数论文; 质量论文; 相电压论文; 《防护工程》2017年第28期论文;