分析牵引变电所串联电容补偿原理及补偿效果并进行串联电容补偿计算

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专    业：电气工程及其自动化

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学    号：                  

指导教师：                  

兰州交通大学自动化与电气工程学院

           年     月    日    

1课设题目

1.1原始资料

已知供电臂最大负荷电流,要求补偿的电压损失，采用标准电容器。

分析牵引变电所串联电容补偿原理及补偿效果并进行串联电容补偿计算。

2 牵引变电所串联补偿原理及补偿效果

2.1基本原理

为便于分析，设牵引变电所装设单相结线牵引变电所，则牵引供电系统等效电路图如图2.1。

图2.1  牵引供电系统等值电路图

①补偿前，牵引供电系统的电压损失为：

②补偿后，牵引供电系统的电压损失为：

由式①和②可得牵引负荷电流通过串联电容组时的压损为：

                                 (2-1)

2.2补偿效果

由于容抗的符号与感抗、相反，能抵消和的一部分，总电抗值减小，由其造成的电压损失也减小，因此提高了牵引供电系统的电压。由于牵引负荷电流通过电容器组时产生的电压损失为负值，则表示在牵引馈线中串联电容器组使供电臂电压得到补偿，并且与馈线电流成正比。馈线电流越大，补偿越大；馈线电流等于0，则补偿为0；实现无惯性补偿电压。串联电容器组的补偿作用如图2.2所示。

图2.2  串联电容器组补偿作用

3 串联电容补偿的主接线

串联补偿装置的容抗与牵引网的感抗串联，虽然使牵引网电压得到补偿，但也是牵引网短路时回路总阻抗减小。因此，如果不对串联补偿装置采取相应措施，牵引网短路时的稳态值可能增大，当该短路电流流过串联补偿电容时，电容器上的电压可能升高到危及板间绝缘的数值。

串联电容补偿装置的主接线方式必须满足的条件：① 当串联补偿电容器上将要出现危险过电压时能瞬时的把串联补偿电容器组旁路，撤出短路电流回路② 电容器组的投入、撤除运行以及实验、维护的安全运行。

串联电容补偿装置的典型主接线方式如图3.1，其等效电路如图3.2。

图3.2  等效电路

图3.1  串联电容补偿装置的典型主接线方式          

对于图3.1，当串联补偿电容器组C撤除运行时，、闭合，、断开，牵引供电臂中无串联电容补偿；当C投入运行时，、闭合，、断开，牵引供电臂中有串联电容补偿。

对于图3.2，其中表示回路连线的分布性电感。当保护间隙被击穿时，或断路器合闸时，电容器组C放电。若放电回路的总电阻大于临界阻抗值，则放电过程具有非周期性。若放电回路电阻很小，电容器的介质损失也很小，则回路总电阻可能小于，则放电过程是周期性的。

由于通过电阻释放出来的电能相当可观，因此必须采取一定的措施：

①减小电阻的值，此时热损失的减少与的减少值成正比。

②减少通过电阻的短路电流，此时热损失的减少与电流减少值的平方成正比。

在串联电容补偿装置中阻尼电阻的计算式为：

电容器组内部接线图如图3.3，图中为串联小组数，为每个串联小组的电容器台数。

图3.3  电容器组内部接线

4 电容器组容量选择

串联补偿电容器组的容量，主要根据电压补偿所需的容抗及通过的最大馈线电流数值来确定。

(1) 需要的容抗

由式(2-1)得：

                       ()                       (4-1) 

其中，为需要串联电容补偿的电压损失(V)；为通过电容器组的最大馈线电流(A)；为牵引负荷功率因数角()。

对应的电容器组电压：

(2) 电容器组的并联支路数  

                                (4-2)

其中，为每台电容器额定电流(A)；为每台电容器额定容量(kVAr)；为每台电容器额定电压(kV)。

(3) 每条并联支路应串联的电容器台数n

                                 (4-3)

(4) 实际选择的串联补偿电容器组的容量和容抗

由式(4-2)、式(4-3)分别计算的m、n取临近的稍大的整数值，则

(kVAr)

()

()

其中，为每台电容器的额定容许。

(5) 验算补偿效果

实际选择的串联补偿电容器组的补偿的电压损失为：

(V)

其中，应大于要求补偿的电压损失。

5 电容补偿的计算

解：查电容器参数如下：

， 

需要的容抗根据式(4-1)为：

并联支路数m如下：

每条并联支路串联电容器数如下：

取m=29，n=6，则电容器组实际容量和实际容抗分别为：

串联电容器组补偿的电压损失()

大于2000V，满足要求。

6 结论

在牵引馈线上串联电容补偿装置，可普遍提高牵引网电压，提高牵引负荷的输送能力。串联电容补偿虽然是改善供电臂电压水平行之有效的措施之一，具有补偿电压随负荷电流成正比变比，可实现无惯性补偿的优点，但是会增加变电所的复杂性、实验和维修工作量，以及相当可观的工程投资。因此，它只适用于需要补偿电压较多、其他改善供电臂电压水平的方法不能奏效的场合。

参考文献

［1］李彦哲，胡彦奎等.电气化铁道供电系统与设计［M］.兰州：兰州大学出版社，2006.

［2］何其光，陈蓉平.牵引变电所［M］.北京：中国铁道出版社，1984.

［3］贺威俊.电力牵引供变电技术［M］.成都：西南交通大学出版社，1998.