铁路车站动力变压器低压电源综合治理方案的探讨

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摘要 本文通过对铁路车站负荷现状的调查，分析了铁路近年来发展带来的负荷性质的变化及传统低压电源治理方案的不足，提出了新型的铁路车站动力变压器低压电源综合治理方案，确保了铁路负荷的电源质量。

关键词 铁路；动力变压器；电能质量；治理

中图分类号U21 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）88-0181-02

0 引言

随着铁路行业的迅速发展，电力电子产品在铁路行业的不断成熟和普及应用，铁路枢纽大站、机车、车辆整备所、铁路货场等用电负荷集中场所非线性负载越来越多，如变频电梯、变频空调、UPS不间断电源等。非线性负载比例的升高，极易造成波形畸变、功率因数降低等问题，使得供电质量变差。而传统的铁路车站电力变电所电能质量治理已不能满足要求，需要一种集无功补偿与谐波滤除相结合的新型综合治理方案。

1 铁路现行负荷调查分析

当前，铁路变频电扶梯、UPS、计算机设备，以及空调、风机、水泵终端设备等大量的电子整流负载普遍使用。通过对多处铁路负荷进行调查、监测和分析，发现有时电流的谐波THD高达10%～20%以上，低压配电系统中的电能质量问题逐渐从单纯的静态无功问题或静态谐波问题，转变为动态无功问题以及动态谐波加无功的综合问题。因此如何消除谐波、无功成为当前电能质量要解决的首要问题。

传统的铁路车站电力变电所电能质量治理一般采用低压电容分组投切补偿设备对设备感性负载进行补偿，面对新的非线性负荷造成的动态电能质量问题，这些补偿设备不但无法发挥效能进行有效治理，而且自身的安全也受到了极大的影响，成为配电系统中最薄弱的环节，经常引发谐振造成电力配电系统的故障，严重影响了供电质量和供用电设备的安全。

2传统电能质量治理方案简介

为了提高电能质量，传统的铁路车站动力变压器低压电源治理方案一般是对以变压器和电机为主的线性负载作为治理对象，通过设置电容补偿柜，补偿系统中的感性负荷电流，起到提高功率因数、提升未端负荷电压的效果。电容补偿柜分固定补偿和阶梯补偿两种方式，固定补偿根据负荷情况计算补偿容量一次固定投入，不能跟踪负荷的变化情况，会出现欠补或过补现象；阶梯补偿通过固定与可变相结合，动态跟踪负荷的变化，实时阶梯投入小电容，实现补偿。

两种电容补偿的原理均是根据监测负荷存在的电感无功功率容量，计算出应补偿的电容无功功率容量，然后再折算成应投入的电容容量，将电容器投入。这种原理最大的不足是将电容器的电容值理想化，未考虑电容器随着运行环境及使用年限的增长会发生变化，极易造成补偿容量不准确，甚至产生系统谐振，烧损电容器本身或系统其他设备，影响系统的供电安全。其次，由于这种原理仅对对负荷的电感无功功率进行补偿，以提高功率因数为目的，对于谐波没有治理功能，不能解决负载性质的变化对系统产生的谐波、不平衡等。

3 电能质量降低的危害

谐波实际上是一种干扰，注入电网就会使电网受到“污染”，会造成一系列问题。在谐波电压作用下，可能引发电容器和系统其他元件之间的并联谐振或串联谐振，造成电容器超载而损坏；谐波还易引起保护装置的误动作，导致负载适中情况下变压器过热现象，造成集肤效应引起的导线过热，对控制装置产生干扰等。

功率因数偏低将会造成无功电流增大，增加变压器的铜损、铁损，以及线路的损耗，从而大大加大电能的损耗，增加电费支出，加大生产成本；会增加电压降，影响用电设备使用；降低供电设备的有效利用率。

4新型电能综合治理方案

从以上分析可知，随着铁路动力负载类型发生的变化，电能质量问题已原来单纯的“无功问题”变成了“无功+谐波”的问题，传统的电力供配电系统的电能质量设备已经严重落后与负载性质的更新，需要一种新型的电能综合治理方案。

该方案是将自换相桥式电路通过电抗器直接并联在电网上，检测负荷的无功和谐波电流，调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值或直接控制其交流侧电流，使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流和谐波电流，实现动态补偿谐波和无功。

与传统电能治理方案相比，具有以下特点：

特点一：可实现双向动态补偿。实时监测负荷的性质，并根据负荷性质不同动态进行补偿，跟踪响应快，补偿准确性高。

特点二：具有谐波治理功能。实时检测负荷谐波情况，并跟踪治理，有效提高了供电电源的质量，对13次以下谐波治理效果明显，适应铁路新型负荷性质的变化。

特点三：采用有源型无功补偿，对电网呈无穷大阻抗，不影响系统阻抗，且补偿精度高，同时还避免了无源方式时电容老化引起的谐振的发生。

5 结论

通过对铁路现行车站动力负荷特点的分析，以及传统电能质量治理方案的不足及由此引起的危害，提出并探讨一种集无功补偿与滤波功能于一体的新型电能综合治理方案，实现动态双向有源补偿，极大地提高了补偿的效果和稳定性，减少了补偿装置对供电系统的谐振干扰，保证了铁路行车设备的供电质量。

参考文献

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[2]李志荣，梁中艳.低压配电电能质量的监督管理[J].电气时代，2004，11.