1、<p><b>　　摘　　要</b></p><p>　　由于目前電氣化鐵路牽引供電電能計量中力率的考核采用正送倒計的方式，若采用常規(guī)的固定電容進行無功補償，其綜合力率無法達到供電部門的要求，而靜態(tài)無功補償裝置（SVC）能夠很好的解決這一問題。本文正是針對靜態(tài)無功補償裝置（SVC）的工程設計進行專題研究。</p><p>　　本論文首先，針對電氣化鐵道牽引供

2、電系統(tǒng)及其負荷的特點，分析了牽引供電系統(tǒng)功率因數(shù)低的原因，并提出應用靜止型動態(tài)無功補償裝置(SVC)對牽引負荷進行動態(tài)無功補償。其次，介紹了目前牽引供電系統(tǒng)中普遍應用的晶閘管投切電容器TSC和固定電容器+晶閘管可控電抗器FC+TCR兩種SVC補償裝置；接著，對FC+TCR型SVC系統(tǒng)的一次接線方式進行簡單介紹，提出了SVC裝置在施工設計中應該注意的一些問題；最后，列舉了110kV牽引變電所FC+TCR型SVC補償裝置二次系統(tǒng)設計，并進行

3、保護定值計算。</p><p>　　靜止型動態(tài)無功補償(SVC)裝置采用大功率晶閘管調(diào)相技術，通過對補償系統(tǒng)中的相控支路電流的調(diào)節(jié)，達到動態(tài)調(diào)節(jié)SVC裝置輸出無功的目的，使之適應動態(tài)補償牽引變電所變化負荷的需要。本論文中的設計方法及經(jīng)驗值得設計和施工人員參考借鑒。</p><p>　　關鍵詞：電氣化鐵路；功率因數(shù)；SVC；FC+TCR；系統(tǒng)設計</p><p>&l

4、t;b>　　Abstract</b></p><p>　　At present because electrified railway traction power supply electricity measurement of the assessment using force rate was sending pour millions of the conventional way,

5、 if the fixed capacitance reactive power compensation, which are unable to achieve comprehensive force rate power supply departments requirement, and static var compensation device (SVC) can be good to solve this problem

6、. This thesis is aimed at static var compensation device (SVC) engineering design keynote research.</p><p>　　At first, this thesis mainly aims at electrified railway traction power supply system and its load

7、 characteristics, it analyzes the traction power supply system causes of low power factor, and put out the application of static var compensation device (SVC) for dynamic var compensation of traction's load. Secondly

8、, the thesis introduces the current traction power supply system in general useing thyristor threw cutting capacitor TSC and fixed capacitors + thyristor controlled reactor FC + TCR two </p><p>　　Static var

9、compensation (SVC) device adopts high-power thyristor phase-modulation technology, it throughs to the compensation system of phased branch current regulation, and achieves dynamic adjusting SVC device the purpose of reac

10、tive power output, to make it adapt the need of changing of compensation traction substation. This thesis of the design method and experience is worth reference for designers and construction personnel.</p><p&

11、gt;　　Key words：Electrified railway，Power factor，SVC，F(xiàn)C + TCR，System design</p><p><b>　　目　　錄</b></p><p><b>　　摘　　要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p&

12、gt;<b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 牽引變電所SVC無功補償?shù)谋尘芭c意義1</p><p>　　1.1.1 電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)的組成及功能1</p><p>　　1.1.2 電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)的主要特點3</p><p>　　1.1.3 牽引變電所的負荷特點3</p&

13、gt;<p>　　1.1.4 牽引變電所的功率因數(shù)5</p><p>　　1.2 牽引變電所SVC無功補償?shù)难芯楷F(xiàn)狀6</p><p>　　1.3 本課題的研究內(nèi)容與目標7</p><p>　　2 牽引變電所繼電保護8</p><p>　　2.1 繼電保護的作用和意義8</p><p>　　2.

14、2 主變保護9</p><p>　　2.2.1 主變保護的基本要求9</p><p>　　2.2.2 主變保護的原理9</p><p>　　2.3 饋線保護10</p><p>　　2.3.1 饋線保護的基本要求10</p><p>　　2.3.2 饋線保護的原理11</p><p>

15、;　　2.4 電容保護11</p><p>　　2.4.1 電容保護的基本要求11</p><p>　　2.4.2 電容保護的原理11</p><p>　　3 牽引變電所SVC裝置一次接線方式13</p><p>　　3.1 SVC的作用及其原理13</p><p>　　3.1.1 SVC的作用13<

16、/p><p>　　3.1.2 SVC的工作原理16</p><p>　　3.2 SVC系統(tǒng)的一次接線方式19</p><p>　　3.3 SVC系統(tǒng)的容量選擇20</p><p>　　3.4 SVC裝置設計中需要注意的幾點問題21</p><p>　　4 牽引變電所SVC裝置二次系統(tǒng)設計22</p>

17、<p>　　4.1 牽引變電所SVC裝置的二次系統(tǒng)設計22</p><p>　　4.1.1 交流回路設計22</p><p>　　4.1.2 控制回路設計23</p><p>　　4.1.3 遙信回路設計23</p><p>　　4.2 牽引變電所SVC裝置保護定值計算的一般方法23</p><p&g

18、t;　　4.2.1 電流保護的保護定值計算24</p><p>　　4.2.2 電壓保護的保護定值計算26</p><p>　　4.3 包蘭線皋蘭牽引變電所SVC裝置的保護定值計算29</p><p>　　4.3.1 固定電容器組（FC）的保護定值計算30</p><p>　　4.3.2 晶閘管可控電抗器（TCR）的保護定值計算31

19、</p><p>　　4.3.3 包蘭線皋蘭牽引變電所SVC裝置保護定值的輸入32</p><p><b>　　結　　論33</b></p><p><b>　　致　　謝34</b></p><p>　　參 考 文 獻35</p><p><b>　　附錄A

20、36</b></p><p><b>　　附錄B38</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 牽引變電所SVC無功補償?shù)谋尘芭c意義</p><p>　　1.1.1 電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)的組成及功能</p><p>　

21、　電氣化鐵道供電系統(tǒng)由外部電源系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)組成。在國內(nèi)，外部電源系統(tǒng)由電力系統(tǒng)完成，牽引供電系統(tǒng)由牽引變電所、牽引網(wǎng)組成。牽引變電所、牽引網(wǎng)、電力機車被稱為電氣化鐵路的三大部件。電氣化鐵道供電系統(tǒng)的簡單構成如圖1.1所示[1]。</p><p>　　1-區(qū)域變電站或發(fā)電廠；2-110kV三相交流高壓輸電線；</p><p>　　3-牽引變電所；4-饋電線；5-接觸網(wǎng)；6-軌道、地；&

22、lt;/p><p>　　7-鋼軌回流線；8-電力機車。</p><p>　　圖1.1 電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)構成示意圖</p><p>　　(1) 外部電源系統(tǒng)</p><p>　　外部電源系統(tǒng)是指電力系統(tǒng)向電氣化鐵道供電的部分。為了保證牽引供電系統(tǒng)的可靠性，外部電源系統(tǒng)通常由220kV及以上的變電所系統(tǒng)向牽引變電所供電，每個牽引變電所通常由不同

23、的兩個外部變電所或一個外部變電所的不同母線段各引一路電源。早期的牽引變電所外部電源電壓一般為AC110kV，最近由于220kV網(wǎng)絡對用戶開放，部分牽引變電所的外部電源為AC220kV。</p><p>　　在國內(nèi)，由于外部電源均由供電部門提供，因此外部電源供電系統(tǒng)一般由供電部門根據(jù)鐵路牽引變電所的分布情況設置。</p><p>　　電力部門管轄的電力系統(tǒng)與鐵路部門管轄的牽引供電系統(tǒng)是在牽引

24、變電所高壓進線的門形架處分界。</p><p>　　(2) 牽引供電系統(tǒng)</p><p>　　完成對電力機車供電，且屬于鐵路部門管轄的裝置稱為電氣化鐵道的牽引供電系統(tǒng)。牽引供電系統(tǒng)由牽引變電所和牽引網(wǎng)組成，如圖1.1所示，它由牽引變電所3、饋電線4、接觸網(wǎng)5、鋼軌6、和鋼軌回流線7等組成。</p><p>　　現(xiàn)將牽引供電系統(tǒng)各部分的功能簡述如下：</p>

25、;<p><b>　?、?牽引變電所</b></p><p>　　牽引變電所的作用是將110kV（或220kV）三相交流高壓電變換為27.5kV（或55kV），然后以27.5kV（或55kV）的電壓等級向牽引網(wǎng)供電。</p><p>　　牽引變電所一般設置兩臺牽引變壓器，一用一備。外部進線為兩路110kV（或220kV），兩路電源一用一備。</p&

26、gt;<p>　　牽引變電所的作用是電壓變換和電能分配。只完成電能分配的牽引變電所叫開閉所；在AT系統(tǒng)中，只完成55kV變27.5kV變電所功能的牽引變電所叫AT所，用于并聯(lián)上下行接觸網(wǎng)供電的牽引變電所叫分區(qū)所，這些都是牽引所的簡化形式。</p><p><b>　?、?牽引網(wǎng)</b></p><p>　　牽引網(wǎng)由接觸網(wǎng)、鋼軌、回流線、架空地線、供電線等

27、組成，其作用如下：</p><p><b>　　a) 接觸網(wǎng)</b></p><p>　　接觸網(wǎng)是一種懸掛在電氣化鐵道線路上方，并和鐵路軌道保持一定距離的鏈形或單導線的輸電網(wǎng)。電力機車的受電弓和接觸網(wǎng)滑動接觸取得電能。接觸網(wǎng)的額定電壓為25kV。</p><p><b>　　b) 供電線</b></p>&l

28、t;p>　　供電線是連接牽引變電所和接觸網(wǎng)的導線，把牽引變電所變換后的電能送到接觸網(wǎng)。供電線一般為大截面的鋼芯鋁絞線，一般單獨立桿或在接觸網(wǎng)支柱外側架設。</p><p><b>　　c) 鋼軌</b></p><p>　　在非電牽引情形下，軌道只作為列車的導軌。在電氣化鐵道，軌道除仍具上述功能外，還需要完成導通回流的任務，是電路的組成部分。牽引電流由變電所引出

29、后，通過供電線、接觸網(wǎng)、電力機車、鋼軌、回流線流回牽引所。</p><p>　　電氣化鐵道的軌道需要暢通的導電性能，在信號自閉區(qū)間，需要將相鄰扼流變的中性點同導電銅排連接起來，以保證牽引電流的暢通。</p><p><b>　　d) 回流線</b></p><p>　　在直供系統(tǒng)中，連接軌道和牽引變電所中主變壓器接地相之間的導線稱為回流線，它也

30、是電路的組成部分，其作用是將軌道回路電流導入牽引變電所。</p><p>　　在帶回流線的直供方式中，沿接觸網(wǎng)支柱外側架設，并隔一段與鋼軌連接的導線同樣稱為回流線，其目的是通過改變線路與接觸網(wǎng)之間的電磁感應，將部分需要通過大地流回牽引所的電流拉到回流線上，以減少大地中的電流，降低鋼軌對地電位。此處設置回流線的目的：一是降低電氣化鐵路對臨近通信線路的干擾；二是降低牽引網(wǎng)的阻抗。</p><p&g

31、t;　　回流線一般采用鋁絞線，由鋼軌引向回流線的線稱為吸上線，一般采用無鎧裝電纜。</p><p>　　回流線在支柱架設時，采用1kV絕緣子于支柱肩架絕緣架設。</p><p><b>　　e) 架空地線</b></p><p>　　為保證支柱金屬肩架與地保持等電位或接觸網(wǎng)絕緣發(fā)生閃絡時有較大的故障電流，要求支柱肩架必須可靠接地或與鋼軌可靠連接

32、。由于每個支柱單獨接地實施比較困難，通常將每個支柱的肩架用一跟導線連接起來，再集中接地，這就是架空地線。</p><p>　　架空地線作用主要有兩點：一是保證金屬桿塔可靠接地，以避免接觸網(wǎng)的感應電對人身造成傷害，這種做法主要用于TRNF供電方式下；二是保證支柱肩架與地可靠連接，在接觸網(wǎng)與肩架之間發(fā)生閃絡有較大的短路電流時，以保證牽引變電所繼電保護可靠動作。</p><p>　　架空線架設于

33、接觸網(wǎng)支柱的外側，一般采用鍍鋅鋼絞線或鋁包鋼絞線；架空地線與接觸網(wǎng)支柱肩架、接觸網(wǎng)鋼柱直接連接。</p><p>　　1.1.2 電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)的主要特點</p><p>　　電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)的主要特點如下：</p><p>　　(1) 由于電氣化鐵道一般為國家交通大動脈，其中斷供電會給國民及社會經(jīng)濟造成很大損失，因此其重要性較高。</p>

34、<p>　　(2) 由于牽引網(wǎng)隨鐵路延伸，基本處于露天環(huán)境，運行環(huán)境惡劣，且牽引網(wǎng)沒有備用系統(tǒng)。</p><p>　　(3) 基于以上的特點，牽引供電系統(tǒng)在自動化和信息化管理方面要求比較高，允許中斷供電的時間比較短。</p><p>　　1.1.3 牽引變電所的負荷特點</p><p>　　我國電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)采用AC25kV單相交流工頻制，其負

35、荷特點如下：</p><p>　　(1) 由于電力機車是單相移動性隨機負荷，牽引變電所負荷電流變化比較大，每條饋線回路中最大負荷電流可達1500A，最小時為0A。附錄A中附表1.1和1.2是某牽引所一個供電臂24h每隔5分鐘的電流記錄及電流頻度統(tǒng)計，從中可以直觀看出牽引電流的上述特點。</p><p>　　(2) 由于早期的電力機車基本都采用直流傳動模式，其功率因數(shù)比較低，機車功率因數(shù)一般

36、在0.82左右；考慮到牽引網(wǎng)的影響，牽引變電所低壓側的功率因數(shù)一般在0.79左右；考慮到變壓器的影響，牽引所高壓側的功率因數(shù)一般在0.75左右。當電力機車采用交流傳動模式時，機車功率因數(shù)可達0.98。</p><p>　　(3) 直流傳動的電力機車采用非線性整流器機車，成為一種諧波源，因此牽引變電所變壓器諧波電流比較大。</p><p>　　牽引供電系統(tǒng)中的牽引變壓器、接觸網(wǎng)及電力機車（牽

37、引負荷）之間的關系，如圖1.2所示。</p><p>　　圖1.2 牽引供電系統(tǒng)簡圖</p><p>　　若牽引變壓器出口處的電壓為正常運行電壓，則牽引供電系統(tǒng)的無功狀況主要受負荷消耗的無功功率（即電力機車的功率因數(shù)）及接觸網(wǎng)、牽引變電所阻抗大小的影響。電力機車的功率因數(shù)與機車上是否安裝補償裝置或安裝補償裝置的補償程度有關，接觸網(wǎng)和牽引變電所的阻抗有電流通過時，會產(chǎn)生無功功率和有功功率的損

38、耗，并影響接觸網(wǎng)供電電壓的大小。各因素對供電電壓影響的向量圖，如圖1.3所示。</p><p>　　圖1.3 向量分析圖</p><p>　　設U1為牽引主變壓器低壓側出線處的電壓，I1、I2為不同負荷時流過的電流，U21、U22為分析獲得的電力機車受電點的電壓。顯然，機車消耗的無功功率對牽引網(wǎng)的正常運行電壓有很大影響，如果考慮變壓器的繞組壓降，則牽引變壓器低壓側出線處的電壓也會受到影響。

39、</p><p>　　牽引變電所的負荷主要是電力機車，與電力系統(tǒng)的負荷相比有很大的差別[2]：</p><p>　　(1) 列車以變化的速度沿線路運行，即牽引負荷的位置是移動的；</p><p>　　(2) 牽引負荷的大小隨線路坡度、列車密度等因素而發(fā)生很大的變化，當列車上大陡坡或列車密集運行時則負荷電流大，反之則負荷電流小以至為零，牽引變壓器負荷率很低；</

40、p><p>　　(3) 列車可以在供電分區(qū)任意分布，即牽引負荷在供電分區(qū)任意布置。當然，這是從概率論的角度來說的；</p><p>　　(4) 由于采用整流器式電力機車，接觸網(wǎng)電流變?yōu)榉钦也ā?lt;/p><p>　　1.1.4 牽引變電所的功率因數(shù)</p><p>　　(1) 功率因數(shù)低的原因</p><p>　　我國電氣

41、化鐵道所采用的電力機車主要是整流型電力機車。由于電力機車是單相脈沖負荷，產(chǎn)生的負序諧波較大，加之交流側電流波形畸變以及整流換相過程中重疊導通角的影響，整流型電力機車的功率因數(shù)比較低，一般取0.80~0.85左右，當機車采用再生制動時，功率因數(shù)又大大降低。此外，由于牽引網(wǎng)阻抗的影響，牽引變電所牽引變壓器低壓側的功率因數(shù)要降低0.01~0.05，為0.80~0.84，通常取0.82。又因為牽引變壓器阻抗的影響，其高壓側的功率因數(shù)還要降低約0

42、.05，只有0.75~0.79。</p><p>　　(2) 功率因數(shù)低的不良影響</p><p>　　電力牽引負荷的功率因數(shù)低將帶來以下不良后果[3]：</p><p>　　① 牽引供電系統(tǒng)和電力系統(tǒng)內(nèi)的設備能力不能得到充分利用。</p><p>　　根據(jù)，倘若電氣設備以低于額定或規(guī)定的功率因數(shù)運行，當視在功率不變時，輸送的有功功率就要減少

43、（與額定值比較），從而降低了發(fā)電設備的輸送能力和輸電設備的供電能力，使電氣設備的效率降低，發(fā)電和輸變電的成本提高。</p><p>　?、?輸電網(wǎng)絡中的有功功率損耗和電能損耗增加。</p><p>　　對單相牽引供電負荷，關系式成立，對電力系統(tǒng)，關系式成立。</p><p>　　在分析上述兩個關系式時，我們一般認為供電網(wǎng)絡中的電壓參量是一個相對恒定的值。若設備的功率

44、因數(shù)降低，在保證輸送同樣的有功功率時，勢必就要在輸電線路中流過更大的電流（網(wǎng)絡中的電能損失與電流的平方成正比），從而使得輸電線路上有功功率的損耗和電能損耗增加。</p><p>　?、?輸電網(wǎng)絡中的電壓損失，往往造成用戶端的供電電壓不足。</p><p>　　(3) 功率因數(shù)的標準</p><p>　　《全國供用電規(guī)則》關于功率因數(shù)的規(guī)定如下：</p>

45、<p>　　“無功電力應就地平衡。用戶應在提高用電自然功率因數(shù)的基礎上，設計和安裝無功補償設備，并做到隨其負荷和電壓變動及時投入或切除，防止無功電力倒送。用戶在當?shù)毓╇娋忠?guī)定的電網(wǎng)高峰負荷時的功率因數(shù)，應達到下列規(guī)定：</p><p>　　高壓供電的工業(yè)用戶和高壓供電裝有帶負荷調(diào)整電壓裝置的電力用戶，功率因數(shù)為0.9以上；</p><p>　　其他100kVA（kV）及以上電力

46、用戶和大、中型電力排灌站，功率因數(shù)為0.85以上；</p><p>　　躉售和農(nóng)業(yè)用電，功率因數(shù)為0.80。</p><p>　　凡功率因數(shù)不能達到上述規(guī)定的新用戶，供電局可拒絕接電。未達到上述規(guī)定的現(xiàn)有用戶，應在2~3年內(nèi)增添無功補償設備，達到上述規(guī)定。對長期不增添無功補償設備又不申明理由的用戶，供電局可停止或限制供電?！?lt;/p><p>　　功率因數(shù)調(diào)整電費按國

47、家批準的《功率因數(shù)調(diào)整電費方法》的規(guī)定執(zhí)行。</p><p>　　按電業(yè)部門要求，電氣化鐵道牽引負荷在牽引變電所牽引變壓器高壓側的月平均功率因數(shù)應達到0.90以上。高者獲獎，低者罰款，即以功率因數(shù)等于0.90為標準值進行考核，根據(jù)計算的月平均功率因數(shù)，高于或低于規(guī)定標準，在按照規(guī)定的電價計算出其當月電費后，再按照“功率因數(shù)調(diào)整電費表”所規(guī)定的百分數(shù)或減少電費。由此可見，提高功率因數(shù)，不但對電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行有很大

48、意義，而且對降低電氣化鐵道運營成本也有實際的經(jīng)濟意義[4]。</p><p>　　1.2 牽引變電所SVC無功補償?shù)难芯楷F(xiàn)狀</p><p>　　作為節(jié)能降耗的生力軍，無功補償裝置在我國有著巨大的潛在市場，無功補償裝置在節(jié)能降耗領域，趨勢一直向好。其原因首先是企業(yè)降低成本的需求，另一個是外部環(huán)境的壓力。近年來，國內(nèi)無功補償市場發(fā)展極其迅猛，產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量都有了大幅度的提升，相當一部分優(yōu)勢

49、企業(yè)已經(jīng)開始問鼎國際市場并取得了不俗的業(yè)績。</p><p>　　隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展以及節(jié)能降損管理的加強，引發(fā)了許多領域?qū)o功補償?shù)男枨?。對電氣化鐵路而言，電力機車的平均功率因數(shù)為0.84，牽引變電所110kV電源側功率因數(shù)由于受到牽引供電網(wǎng)阻抗和牽引變壓器阻抗的影響，僅為0.75～0.78?！度珖┯秒娨?guī)則》第4.3條規(guī)定：無功電力應就地平衡，高壓供電用的工業(yè)用戶和高壓供電裝有帶負荷調(diào)整電壓裝置的電力用戶

50、，功率因數(shù)應在0.9以上。當用戶（以電氣化鐵路為例）功率因數(shù)比規(guī)定標準低0.05時，須追加2.5%的電費罰款。</p><p>　　目前我國電氣化鐵道牽引變電所絕大部分采用固定并聯(lián)電容補償裝置，雖然固定并聯(lián)電容補償裝置結構簡單，維護方便，能夠部分解決電氣化鐵路功率因數(shù)低的現(xiàn)狀，但是，此裝置大多采用手工投切，存在投切不及時、無功補償效果不好等問題，且投切時易出現(xiàn)很高的過電壓，導致嚴重的供電故障。</p>

51、<p>　　1.3 本課題的研究內(nèi)容與目標</p><p>　　要從根本上解決電氣化鐵道供電系統(tǒng)功率因數(shù)低的現(xiàn)狀，就必須采用SVC靜態(tài)無功補償裝置。其采用大功率晶閘管調(diào)相技術，通過對補償系統(tǒng)中的相控支路電流的調(diào)節(jié)，達到動態(tài)調(diào)節(jié)SVC裝置輸出無功的目的，使之適應動態(tài)補償牽引變電所變化負荷的需要。本論文主要研究內(nèi)容如下：</p><p>　　(1) 根據(jù)電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)及其

52、負荷特點，分析牽引供電系統(tǒng)功率因數(shù)低的原因，并提出應用靜止型動態(tài)無功補償裝置（SVC）對牽引負荷進行動態(tài)無功補償。</p><p>　　(2) 分析牽引供電系統(tǒng)中晶閘管投切電容器TSC和固定電容器+晶閘管可控電抗器FC+TCR兩種SVC補償裝置的基本原理及工作方式。</p><p>　　(3) 列舉牽引變電所FC+TCR型SVC系統(tǒng)的一次接線方式，并根據(jù)生產(chǎn)實際，提出牽引變電所施工設計中需

53、要注意的問題。</p><p>　　(4) 對包蘭線皋蘭牽引變電所SVC系統(tǒng)進行二次設計，并完成其保護定值的計算。</p><p>　　(5) 應用AutoCAD繪制皋蘭牽引變電所SVC裝置平面布置、一次接線、保護配置、交流回路、控制回路及遙信回路的施工設計圖。</p><p>　　2 牽引變電所繼電保護</p><p>　　2.1 繼電保護

54、的作用和意義</p><p>　　隨著自動化技術的發(fā)展，電力系統(tǒng)的正常運行、故障期間以及故障后的恢復過程中，許多控制操作日趨高度自動化[5]。這些控制操作的技術與裝備大致可分為兩大類：其一是為保證電力系統(tǒng)正常運行的經(jīng)濟性和電能質(zhì)量的自動化技術與裝備，主要進行電能生產(chǎn)過程的連續(xù)自動調(diào)節(jié)，動作速度相對遲緩，調(diào)節(jié)穩(wěn)定性高，把整個電力系統(tǒng)或其中的一部分作為調(diào)節(jié)對象，這就是通常理解的“電力系統(tǒng)自動化（控制）”；其二是當電網(wǎng)

55、或電力設備發(fā)生故障，或出現(xiàn)影響安全運行的異常情況時，自動切除故障設備和消除異常情況的技術與設備，其特點是動作速度快，其性質(zhì)是非調(diào)節(jié)性的，這就是通常理解的“電力系統(tǒng)繼電保護與安全自動裝置”。</p><p>　　為了在故障后迅速恢復電力系統(tǒng)的正常運行，或盡快消除運行中的異常情況，以防止大面積的停電和保證對重要用戶的連續(xù)供電，常采用以下的自動化措施，如輸電線路自動重合閘、備用電源自動投入、低電壓切負荷、按頻率自動減負

56、荷、電氣制動、振蕩解列以及為維持系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定而配備的穩(wěn)定性緊急控制系統(tǒng)，完成這些任務的自動裝置統(tǒng)稱為電網(wǎng)安全自動裝置。</p><p>　　電力系統(tǒng)中的發(fā)電機、變壓器、輸電線路、母線以及用電設備，一旦發(fā)生故障，迅速而有選擇性地切除故障設備，既能保護電力設備免遭損壞，又能提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，是保證電力系統(tǒng)及其設備安全運行最有效的方法之一。切除故障的時間通常要求小到幾十毫秒到幾百毫秒，實踐證明，只有裝設在每個

57、電力元件上的繼電保護裝置，才有可能完成這個任務。繼電保護裝置，就是指能反應電力系統(tǒng)中電氣設備發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。</p><p>　　電力系統(tǒng)繼電保護，泛指繼電保護技術和由各種繼電保護裝置組成的繼電保護系統(tǒng)，包括繼電保護的原理設計、配置、整定、調(diào)試等技術，也包括由獲取電量信息的電壓、電流互感器二次回路，經(jīng)過繼電保護裝置到斷路器跳閘線圈的一整套具體設備，如果需要利用

58、通信手段傳送信息，還包括通信設備。</p><p>　　電力系統(tǒng)繼電保護的基本任務是：</p><p>　　(1) 自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到損壞，保證其他無故障部分迅速恢復正常運行；</p><p>　　(2) 反應電力設備的不正常運行狀態(tài)，并根據(jù)運行維護條件，而動作于發(fā)出信號或跳閘。此時一般不要求迅速動作，而是根據(jù)對

59、電力系統(tǒng)及其元件的危害程度規(guī)定一定的延時，以免暫短的運行波動造成不必要的動作和干擾引起的誤動。</p><p><b>　　2.2 主變保護</b></p><p>　　2.2.1 主變保護的基本要求</p><p>　　主變保護是牽引變電所繼電保護的重要組成部分，其主要包括差動保護、后備保護（過電流保護、過負荷保護等）和非電量保護（瓦斯保護等

60、）[6]。</p><p>　　(1) 主變保護中縱差保護的基本要求</p><p>　　首先，應躲過當變壓器空投及外部故障后電壓恢復時的變壓器勵磁涌流的影響；其次，應躲過變壓器外部故障時在變壓器保護中所引起的最大不平衡電流；最后，應躲過變壓器差動保護二次回路斷線時，在差動回路中引起的差電流的影響。</p><p>　　(2) 主變保護中后備保護的基本要求</

61、p><p>　　① 過電流保護要求包括：過電流保護裝置的動作電流Iact應能躲開變壓器正常運行時的最大負荷電流IL·max；過電流保護的靈敏系數(shù)Ksen用保護區(qū)末端最小兩相短路電流校驗，應不小于1.25；過流保護的時限特性應按階梯型原則整定。</p><p>　　② 過負荷保護的基本要求包括：動作電流和動作延時應按變壓器的過負荷能力整定；由于牽引負荷的特點是過負荷電流持續(xù)時間很短、過

62、負荷電流比較大。牽引變壓器的過負荷保護應按照制造廠滿足的過負荷能力整定，以保證牽引變壓器過負荷能力的充分發(fā)揮。</p><p>　　(3) 主變保護中非電量保護的基本要求</p><p>　　瓦斯保護：正常時，繼電器不動作；當變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，發(fā)出輕瓦斯信號；當變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，其各側斷路器跳閘。</p><p>　　溫度保護：一般設兩段式保護，Ⅰ段

63、用于報警，Ⅱ段用于跳閘。</p><p>　　主變非電量保護中的瓦斯保護作為主變本體機械損壞的保護，溫度保護作為過負荷保護的后備保護。</p><p>　　2.2.2 主變保護的原理</p><p>　　(1) 主變保護中縱差保護的原理：變壓器縱差保護是利用變壓器磁勢平衡原理來完成對變壓器內(nèi)部故障進行保護。在正常情況或變壓器外部短路時，變壓器一、二次電流之間保持一個

64、相對近似線性的關系，在通過適當?shù)木€性變換后，一、二次電流差值維持在一個很小的水平；當變壓器內(nèi)部故障時，其差值比較大，由此構成變壓器內(nèi)部故障保護?？v差保護是主變壓器的主保護，它完成主變壓器內(nèi)部故障的保護。</p><p>　　(2) 主變保護中后備保護的原理</p><p>　　① 過電流保護的原理：變壓器電流保護原理是當變壓器負荷側或內(nèi)部發(fā)生故障時，明顯的特征就是電流增大，根據(jù)這一特點構成

65、的保護叫電流保護，根據(jù)允許故障電流持續(xù)時間長短可分為電流速斷、過電流及短延時電流速斷等保護。</p><p>　　電流保護構成簡單，是常見的一種繼電保護方式。</p><p>　　過電流保護是階段式保護的后備段，除對本線故障有足夠靈敏度外，對相鄰線路也有一定遠后備靈敏度，保護動作電流大于本線路最大負荷電流，并在電流定值及動作時間上與相鄰線路后備段相配合。</p><p&

66、gt;　　② 過負荷保護的原理：電力設備長時間過負荷時，會引起設備發(fā)熱、絕緣破壞，嚴重影響設備的使用壽命，在短時內(nèi)的過負荷并不對設備構成多大的影響。根據(jù)上述特點，過負荷保護的原理和實現(xiàn)手段與電流保護相似，只是動作值要小，延時要長。</p><p>　　根據(jù)電流與時限的配合方式，過負荷有兩種保護方式：一是定時限保護方式；二是反時限保護方式。定時限方式是當電流超過定值延時時間到后，立即啟動保護；反時限保護根據(jù)過負荷電

67、流的大小確定保護時限，過負荷電流大，時限短，過負荷電流小，時限長。</p><p>　　(3) 主變保護中非電量保護的原理：瓦斯保護由瓦斯繼電器完成，當變壓器溫過高或油內(nèi)雜質(zhì)超限時，油枕內(nèi)氣體壓力增大，驅(qū)動瓦斯繼電器的輔助接點接通，發(fā)出報警或動作信號。溫度保護由油箱內(nèi)的溫度計及相應的繼電器完成，在變壓器油溫過高時，溫度繼電器輔助接點接通，發(fā)出報警或動作信號。</p><p><b&g

68、t;　　2.3 饋線保護</b></p><p>　　2.3.1 饋線保護的基本要求</p><p>　　牽引變電所饋線保護主要包括距離保護和電流保護。</p><p>　　(1) 饋線保護中對距離保護的基本要求：距離保護裝置具有階梯式特性時，其相鄰上、下保護段之間應該逐級配合，即兩配合段之間應在動作時間及保護范圍上互相配合。在某種特殊情況下，為了提高保

69、護某段的靈敏度，或為了加速某段保護切除故障，采用所謂“非選擇性動作，再由重合閘加以糾正”的措施；采用重合閘后加速方式，達到保護配合的目的。</p><p>　　(2) 饋線保護中對電流保護的基本要求：過電流保護對饋線保護來說，是遠后備。過電流保護裝置的動作電流Iact應能躲開變壓器正常運行時的最大負荷電流IL·max，過電流保護的靈敏系數(shù)Ksen用保護區(qū)末端最小兩相短路電流校驗，應不小于1.25，過流保

70、護的時限特性應按階梯型原則整定。</p><p>　　2.3.2 饋線保護的原理</p><p>　　(1) 距離保護的原理：牽引網(wǎng)短路時，在牽引變電所饋線點的測量阻抗總是小于正常情況下測得的阻抗，根據(jù)這一特點時刻測量饋線點的阻抗()，當其小于設定值時發(fā)出保護動作信息。</p><p>　　(2) 電流保護的原理：在牽引網(wǎng)短路時，饋線電流明顯大于最大負荷電流這一特點

71、構成的保護叫電流保護。</p><p>　　過電流保護是階段式保護的后備段，除對本線故障有足夠靈敏度外，對相鄰線也有一定遠后備靈敏度，保護動作電流大于本線路最大負荷電流，并在電流定值及動作時間上與相鄰線后備段相配合。</p><p>　　(3) 電流增量保護的原理：由于電力機車含有大量電感元件，無論是啟動還是運行過程中，電流都不能突變，只有在牽引網(wǎng)發(fā)生短路時，電流才能發(fā)生突然增大，根據(jù)這一

72、特點構成的保護叫電流增量保護。</p><p><b>　　2.4 電容保護</b></p><p>　　2.4.1 電容保護的基本要求</p><p>　　牽引變電所電容保護主要包括電流保護、電壓保護和橫差保護。</p><p>　　(1) 電容保護中對電流保護的基本要求：過電流保護裝置的動作電流Iact應能躲開變壓器

73、正常運行時的最大負荷電流IL·max；過電流保護的靈敏系數(shù)Ksen用保護區(qū)末端最小兩相短路電流校驗，應不小于1.25；過流保護的時限特性應按階梯型原則整定。</p><p>　　(2) 電容保護中對電壓保護的基本要求：電壓保護裝置是反應母線電壓突然降低，并接于全電壓的相間短路保護裝置。整套電壓保護裝置一般由瞬時段、定時段組成，構成三段式保護階梯特性。保護裝置第Ⅰ段，要求無時限動作，保護區(qū)不小于線路全長的

74、20﹪；對于第Ⅲ段除作本線后備外，還應作相鄰元件（線路或變壓器）的遠后備。</p><p>　　(3) 電容保護中對橫差保護的基本要求：相間橫聯(lián)差動保護只適用于雙回線路兩端接于一個斷路器的接線，保護需要給出差電流整定值；橫差保護電流相繼動作區(qū)是表示保護切除故障速度的一個指標，一般要求不應大于50%；雙回線路兩側的橫差保護差電流元件整定值應分別進行計算，當兩側橫差保護使用的電流互感器型式相同時，兩側應選取相同的整定

75、值。</p><p>　　2.4.2 電容保護的原理</p><p>　　(1) 電容保護中電流保護的原理：過電流保護是階段式保護的后備段，除對本線故障有足夠靈敏度外，對相鄰線路也有一定遠后備靈敏度，保護動作電流大于本線路最大負荷電流，并在電流定值及動作時間上與相鄰線路后備段相配合。</p><p>　　(2) 電容保護中電壓保護的原理：電壓保護所用的主要元件為電壓

76、繼電器。當線路發(fā)生短路時，母線電壓降低。當母線電壓低于低電壓保護裝置的動作電壓時，低電壓繼電器動作，其常開觸點閉合。</p><p>　　(3) 電容保護中橫差保護的原理：橫差保護是將電容器組分成電壓近似相等的兩部分，通過壓互取值、比較，將比較值送入電壓繼電器中。正常運行時，該值應該近似為零，當電容器中一組內(nèi)部的電容發(fā)生故障時，比較值將會從零增大到某一數(shù)值，使得電壓繼電器動作。</p><p&

77、gt;　　3 牽引變電所SVC裝置一次接線方式</p><p>　　3.1 SVC的作用及其原理</p><p>　　3.1.1 SVC的作用</p><p>　　靜止型動態(tài)無功補償裝置（Static Var Compensator，簡稱SVC）是一種快速調(diào)節(jié)無功功率的裝置，用于用電負荷變化頻繁的場合，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功。SVC在電力系統(tǒng)中的作用有[7]：</

78、p><p>　　(1) 保持系統(tǒng)穩(wěn)定的同時提高輸電能力，增加電網(wǎng)的輸電容量，抑制電壓波動和電壓閃變；</p><p>　　(2) 改善負荷的相間平衡，在重復出現(xiàn)大負荷或事故情況下提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性；</p><p>　　(3) 對負荷變化時提供可快速變化調(diào)節(jié)的無功功率補償，提高功率因數(shù)；</p><p>　　(4) 和濾波器并聯(lián)使用，濾除高次諧

79、波和抑制諧波引起的電網(wǎng)電壓畸變；</p><p>　　(5) 在長距離輸電系統(tǒng)中，SVC可以起系統(tǒng)阻尼器的作用，消除系統(tǒng)的功率振蕩。</p><p>　　電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)中的牽引機車由于采用了大功率電力電子裝置，屬于沖擊性負荷，具有啟動過程快，從零功率到額定功率的變化時間極短，且頻繁吸收大量動態(tài)無功功率等特點，從而引起牽引變電所母線電壓快速波動，負荷波動大，容易產(chǎn)生大量的高次諧波。為

80、輸送無功功率，要求兩端電壓有一幅值差，則只能在很窄的范圍內(nèi)實現(xiàn)，使供電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波污染和功率因數(shù)低等問題，嚴重影響了供電質(zhì)量，利率罰款大，因此就必須采取SVC無功補償[8]：</p><p>　　(1) 提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)</p><p>　　SVC無功補償裝置工作原理圖如圖3.1 (a)、(b)、(c)所示，U1為電源電壓，r1及X1為電力系統(tǒng)及牽引變壓器每相的電阻和電抗，U2為牽引

81、變電所母線電壓，XC為SVC電容器組的容抗，XL為電抗器的感抗，Ij為牽引負荷，IC為電容器回路容性電流。安裝無功補償裝置后，牽引變電所的功率因數(shù)則由提高到。</p><p>　　(a) 原理線路圖(b) 等值電路圖</p><p><b>　　(c) 向量圖</b></p><p>　　圖3.1 SVC無功補償工作原理圖</p>

82、<p>　　(2) SVC無功補償裝置對壓損的改善</p><p>　　電氣化鐵道接觸網(wǎng)末端電壓過低嚴重影響運輸能力和變配電設備的安全運行，其原因除電網(wǎng)自身的問題之外，主要是由于無功不足所致。電網(wǎng)在進行功率傳輸時，電流將在線路等阻抗上產(chǎn)生電壓損耗ΔU，假如始端電壓為U1，末端電壓為U2，則電壓損耗ΔU為：</p><p><b>　　(3.1)</b>&

83、lt;/p><p>　　其中，P為線路傳輸?shù)挠泄β剩╧W）；Q為線路傳輸?shù)臒o功功率（kvar）；UN為線路額定電壓（kV）；R、X為線路電阻、電抗（）。</p><p>　　保持有功功率恒定，而R和X為定值，無功功率Q越小，電壓損失越小，電壓質(zhì)量就會越高，當線路安裝容量為QC的SVC補償裝置后，線路電壓損耗U'為：</p><p><b>　　(3.

84、2)</b></p><p>　　可以看出：采用無功補償以后，無功功率Q變小，限制了無功功率在電網(wǎng)中的傳輸，相應的減少了線路的電壓損耗，提高了接觸網(wǎng)的電壓質(zhì)量。</p><p>　　(3) SVC無功補償裝置對線損的改善</p><p>　　無功功率不僅影響供電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，更導致了供電系統(tǒng)供電線損的增加，在供電網(wǎng)中線路和變壓器功率損耗ΔP為：<

85、/p><p><b>　　(3.3)</b></p><p>　　其中，P為線路傳輸?shù)挠泄β剩╧W）；為功率因數(shù)；Re為每相導線的等效電阻（）；</p><p>　　UN為運行電壓（kV）。</p><p>　　由式3.3可以看出：當線路有功功率P和導線電阻Re不變時，線路的功率損耗與功率因數(shù)的平方成反比，越大，ΔP則越小

86、，即電網(wǎng)線損越小。</p><p>　　(4) SVC無功補償裝置對諧波的改善</p><p>　　在牽引變電所牽引側裝設SVC補償裝置，其接線方式如圖3.2所示[1]。</p><p>　　圖3.2 并聯(lián)電容補償裝置濾波原理</p><p><b>　　由圖3.1可得：</b></p><p>

87、<b>　　(3.4)</b></p><p>　　當滿足時，就形成了對n次諧波的濾波。</p><p>　　裝置中的參數(shù)選擇考慮以濾掉3次諧波電流為主。設XC為SVC補償裝置中電容器組的工頻（基波）容抗，XL為補償裝置中與電容器組串聯(lián)的電抗器的工頻（基波）感抗。XC與XL之比應符合：</p><p><b>　　(3.5)</

88、b></p><p>　　其中，n為諧波次數(shù)；K為可靠系數(shù)，一般取1.08~1.2。</p><p>　　由于此補償裝置發(fā)生諧振的條件為，在式3.5中引入一個大于1的可靠系數(shù)K，一方面可以防止SVC補償裝置回路阻抗呈現(xiàn)容性而與電力系統(tǒng)發(fā)生n次及以上各次諧波的并聯(lián)諧振；另一方面可以防止補償裝置本身回路的電容與電感發(fā)生串聯(lián)諧振。</p><p><b>

89、　　當n=3時，則有：</b></p><p><b>　　(3.6)</b></p><p>　　此時，C-L回路（此SVC補償裝置）具有主要濾掉3次諧波電流的功能。稱為SVC補償裝置的補償度。</p><p>　　為了提高SVC補償裝置濾掉3次諧波電流的能力，減輕對電力系統(tǒng)的諧波影響，將可靠系數(shù)取小些為好。如K=1.08，則=0

90、.12，此時濾波效果（對3次諧波）會更好。</p><p>　　3.1.2 SVC的工作原理</p><p>　　SVC由固定電容支路（FC）和晶閘管控制電抗器支路（TCR）組成，如圖3.3所示，其中TCR支路由控制器、晶閘管功率閥組、補償電抗器組成。它通過控制晶閘管的導通角來無極調(diào)節(jié)與負荷并聯(lián)的電抗器的電流，使TCR回路產(chǎn)生可變感性負載，進而控制其感性無功的變化。它與固定電容器補償相結合

91、，可以實時補償負荷變化的感性無功。FC回路由電容器和濾波電抗器組成，它與晶閘管調(diào)節(jié)電抗器相結合，向系統(tǒng)提供恒定容性無功功率，兼有濾除諧波的作用[9]。</p><p>　　圖3.3 FC-TCR補償裝置結構圖</p><p>　　TCR的單相基本結構是兩個反向并聯(lián)的晶閘管與一個電抗器相串聯(lián)。這樣的電路并聯(lián)到電網(wǎng)上，就相當于電感負載的交流調(diào)壓電路的結構。其中電抗器為儲能元件，吸收感性無功。通

92、過調(diào)整觸發(fā)延遲角改變系統(tǒng)的等效電納，從而調(diào)節(jié)補償器的等效電抗，達到調(diào)節(jié)感性無功的作用。</p><p>　　對基波而言，晶閘管相控電抗器可看作可控電納，其值為：</p><p><b>　　(3.7)</b></p><p><b>　　瞬時電流為：</b></p><p><b>　　(

93、3.8)</b></p><p><b>　　其有效值為：</b></p><p><b>　　(3.9)</b></p><p>　　其中，XR為電抗器的基波阻抗；為控制角；U為電壓有效值。</p><p>　　TCR觸發(fā)控制角的有效移相范圍為90°~180°，由于

94、電抗器幾乎是純感性負荷，因此電流滯后于電壓近似90°，也就是說基波電流都是無功電流。觸發(fā)控制角為90°時，晶閘管完全導通，導通角等于180°，與晶閘管串聯(lián)的電抗相當于直接接到電網(wǎng)上，這時其吸收的無功功率最大。當控制角在90°~180°之間時，晶閘管為部分區(qū)間導通，導通角小于180°。增大控制角的效果就是減少電流中的基波分量，就相當于增大補償器的等效感抗，或者說減小其等效電納，因

95、而減少了其吸收的無功功率。所以通過控制觸發(fā)控制角的大小來調(diào)整TCR吸收的無功功率。</p><p>　　無源濾波器（FC），能夠有效地抑制高次諧波，也是現(xiàn)階段使用最廣泛的。它主要由電容器、電抗器和電阻（不需要時可省去）等無源元件組成。其基本原理是利用電路諧振的特點，對某次諧波或以上諧波形成低阻抗通路，以達到抑制高次諧波和無功補償?shù)淖饔谩?lt;/p><p>　　(a) 單調(diào)諧 (b)

96、雙調(diào)諧 (c) 一階阻尼 (d) 二階阻尼 (e) 三階阻尼 (f) C型</p><p>　　圖3.4 并聯(lián)濾波器類型</p><p>　　無源濾波器按接入系統(tǒng)的方式，可分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種。串聯(lián)濾波器在基波下要消耗感性無功功率，即向外釋放容性無功功率，這將使系統(tǒng)壓損進一步增大，使功率因數(shù)進一步降低。相反，并聯(lián)濾波器在基波下有并聯(lián)電容補償?shù)淖饔茫蛳到y(tǒng)提供感性

97、無功功率。同時，串聯(lián)濾波器要經(jīng)受主電路的全部基波和非調(diào)諧的其他次諧波電流及兩端都要求高電壓絕緣水平，提高了工程造價。所以，并聯(lián)方式應用非常普遍。</p><p>　　對于并聯(lián)濾波器也可分為兩種，一種是調(diào)諧濾波器；一種是阻尼濾波器。調(diào)諧濾波器串聯(lián)等效電阻很小，幾乎在其一、二次較低次諧波上，如3次、5次、7次，而阻尼濾波器等效電阻較大，它往往在某一寬頻帶上呈現(xiàn)低阻抗，如在7次、9次諧波以上。進一步可把調(diào)諧濾波器分為單

98、調(diào)諧和雙調(diào)諧濾波器，把阻尼濾波器分為一階、二階、三階等阻尼濾波器，如圖3.4 (a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)所示[10]。</p><p>　　無源濾波器（FC）在設計時，應注意一下幾點問題[11]：</p><p>　　(1) 濾波器發(fā)出的無功功率應滿足補償功率因數(shù)，抑制電壓波動及閃變的要求；</p><p>　　(2) 選取的濾波電容器的額定電壓

99、應保證濾波器安全可靠運行；</p><p>　　(3) 濾波器的分組應滿足濾除諧波電流的要求；</p><p>　　(4) 濾波器設計時應進行充分的計算機仿真及數(shù)據(jù)庫優(yōu)選，經(jīng)多個方案比較，選擇最佳方案；</p><p>　　(5) 對選定的濾波器應進行各種運行方式下的計算機仿真，避免與系統(tǒng)發(fā)生諧振；</p><p>　　(6) 對濾波器的安全

100、運行應進行仔細校驗。</p><p>　　圖3.5 FC-TCR型無功輸出與需求之間的關系曲線</p><p>　　FC-TCR型總的無功輸出（以吸收感性無功功率為正）為TCR支路和FC支路的無功輸出之和，即Q=QL-QC。圖3.5所示為無功輸出與需求之間的關系曲線，縱坐標為無功輸出，橫坐標為無功需求，最下面的平行線表示FC輸出的容性無功（假設輸入電壓有效值不變），最上面的斜線表示TCR的

101、無功輸出，中間的斜線是FC-TCR的合成輸出。當需要最大的容性無功輸出時，將TCR支路“斷開”，即觸發(fā)延遲角，逐漸減少觸發(fā)延遲角，則TCR輸出的感性無功增加，從而實現(xiàn)從容性到感性無功功率的平滑調(diào)節(jié)。在零無功輸出點上，F(xiàn)C輸出地容性無功和TCR的感性無功正好抵消，進一步減少，則TCR輸出的感性無功超過FC輸出的容性無功，整個裝置輸出凈感性無功，當時，TCR支路“全導通”，裝置輸出的感性無功最大[12]。</p><p&

102、gt;　　3.2 SVC系統(tǒng)的一次接線方式</p><p>　　電氣化鐵道供電系統(tǒng)中牽引變電所常用的SVC無功補償裝置為固定電容器+晶閘管可控電抗器（FC+TCR）。其一次接線方式有兩種：</p><p>　　(a) FC與TCR分開布置(b) FC與TCR集中布置</p><p>　　圖3.6 FC+TCR型無功補償裝置一次接線方式</p><

103、;p>　　(1) FC與TCR分開布置</p><p>　　FC與TCR分開布置接線方式是將固定電容器（FC）與晶閘管可控電抗器（TCR）通過兩臺不同的斷路器分別與供電母線相連，如圖3.6 (a)所示。</p><p>　　其優(yōu)點是：① 兩個回路可分別由斷路器切斷負荷電流和故障電流；② 檢修時，一條支路停止運行進行檢修，另一條支路還可以繼續(xù)運行，保證了靈活性；③ 縮小了事故范圍，保證

104、運行的可靠性。</p><p>　　缺點是：不便于集中管理和保護，增加了設備和運行成本。</p><p>　　(2) FC與TCR集中布置</p><p>　　FC與TCR集中布置接線方式是將固定電容器（FC）與晶閘管可控電抗器（TCR）通過同一臺斷路器與供電母線相連，如圖3.6 (b)所示。</p><p>　　其優(yōu)點是：① 便于補償裝置的

105、投入和切除；② 便于補償器的管理和保護，降低設備和運行成本。</p><p>　　缺點是：其中一路發(fā)生故障時，兩路設備都必須停電退出運行，造成事故范圍擴大。</p><p>　　3.3 SVC系統(tǒng)的容量選擇</p><p>　　(1) FC支路的容量選擇</p><p>　　由于SVC裝置發(fā)出的無功容量取決于FC支路和TCR支路輸出的差，而T

106、CR支路的無功輸出是可調(diào)的，因此FC支路的容量須滿足在TCR支路輸出小、負荷電流最大時，能使主變壓器低壓側的功率因數(shù)達到0.95左右。負荷最大電流按照80%列車概率情況下的最大負荷電流來考慮，該電流對于既有變電所應采用實際測量數(shù)值，對應新建變電所應根據(jù)行車資料進行計算。其計算公式為：</p><p><b>　　(3.10)</b></p><p>　　其中，UN為牽

107、引變電所母線額定電壓(kV)；I0.8為低壓側最大負荷電流(A)；、分別為補償前、補償后的功率角正切值，取0.75和0.39。</p><p>　　根據(jù)式3.10可計算一段母線上的容量。</p><p>　　(2) TCR支路的容量選擇</p><p>　　TCR支路容量在考慮在沒有牽引負荷時，能夠補償牽引變電所及牽引所供電線路的容性負荷。其計算公式為：</p

108、><p><b>　　(3.11)</b></p><p>　　其中，QXL為牽引變電所外部電源線路的容性無功，可按35kvar/km估算；QFe為牽引變壓器的無功鐵耗，可按照0.008Sn估算。</p><p>　　根據(jù)式3.10和3.11可以確定SVC的安裝容量。</p><p>　　3.4 SVC裝置設計中需要注意的幾

109、點問題</p><p>　　SVC裝置施工設計的過程中應本著可靠性、實用性以及安全性的原則進行設計，通常需要注意的問題有以下幾點：</p><p>　　(1) 在SVC裝置施工設計時，盡可能的選用架空線，而不是選用敷設電纜；</p><p>　　不選用敷設電纜，主要是因為SVC裝置中閥組的頻繁投切，使得線路中電壓、電流的波動比較大，導致輸電可靠性不高的高壓電纜更容易

110、出現(xiàn)燒壞或者中間接頭爆炸等事故。那么，供電系統(tǒng)運行的可靠性將會大大降低。</p><p>　　(2) 施工過程中必須敷設電纜時，電纜的耐壓等級要相對選的高些；</p><p>　　(3) 設計中電纜選型時，不能選擇鎧裝電纜作為輸電線路；</p><p>　　圖3.7 鎧裝電纜電磁感應簡化示意圖</p><p>　　鎧裝電纜的外部是金屬保護層，

111、這使得它的結構相當于在導線上繞了n圈閉合的線圈，如圖3.7所示。一般電壓基本恒定的輸電線路中采用鎧裝電纜，由于電壓電流不會經(jīng)常發(fā)生變化，即磁通量不發(fā)生變化，就不會在金屬保護層中感應出感應電流；而在SVC裝置的輸電線路中采用鎧裝電纜，由于閥組的頻繁投切，導致線路中電壓、電流經(jīng)常發(fā)生突變，即磁通量發(fā)生突變，就會在金屬保護層中感應出很大的渦流，進而導致鎧裝電纜的發(fā)熱，甚至燒壞。</p><p>　　(4) 高壓電纜與低