MCR型动态无功补偿装置在铁路牵引变电所的应用研究-北极星输配电网

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一、立项背景

1、电力系统无功平衡对提高系统运行的稳定性和安全性、提高经济效益至关重要。我国对110kV及以上电压等级电网的电压和无功的控制主要通过低压侧的无功补偿装置来实现，但是通过低压侧无功补偿来实现高压侧电压控制的方法不仅降低补偿效果、增加损耗，而且会影响低压侧的电压质量。为解决110kV及以上电压等级电网电压控制和无功调节问题，需要安装能够频繁、连续调节的高压动态无功补偿装置。

2、近年来随着我国电气化铁路运量的逐年增加,牵引变电所各供电臂牵引负荷也在快速增加,而牵引变电所功率因数低,无法适应变化较大的牵引负荷对无功补偿的要求,为此铁路经常被电力部门进行（力率调整电费）考核。另外,当负荷较低时,这些容性无功也提升了线路电压,增加了电能损耗。目前铁路牵引变电所无功补偿大多采用固定参数的电容器和电抗器串联后并接

在牵引母线上,利用真空断路器对其进行手动投切。运行中存在如下问题:

(1)容性无功是通过电容器的投切实现的,因调节不平滑呈阶梯性调节,在系统运行中无法实现最佳补偿状态。

(2)电容器组仅提供容性无功补偿,当系统出现无功过剩时,无法实现无功就地平衡。

(3)由于系统无功的变化而必须频繁投切电容器的情况下,使得电容器充放电过程频繁,减少其使用寿命,给设备运行也带来了隐患。

(4)电容器的投切主要采用真空断路器实现,其开关投切响应慢,不能进行无功负荷的快速跟踪;操作复杂,尤其不宜频繁操作。

(5)由于开关投切电容器是分级补偿,不可避免出现过补偿和欠补偿状态。过补偿时会引起电压升高,欠补偿时感性负荷引起电压降低。

二、MCR动态无功补偿装置的原理

MCR型高压动态无功补偿装置是由MCR本体和各个电容器组来实现无功的实时调节的，其中MCR提供的的可调的感性无功，两组电容器提供的是固定容量的容性无功。MCR本体与1组电容器共同并联在主变低压侧，电容器与MCR本体基本等容量，一组电容器是固定投入、与MCR本体公用一个高压开关。MCR既可控制容量输出，也可控制投切，而电容器的容量是固定的，是不可调的。各组电容器固定投入容性无功，相对系统的感性无功产生一定剩余量的容性无功，而这部分剩余的无功则由MCR来动态补偿。主控制器根据系统电压电流计算出实时无功，并根据‘小范围无功调节角度，大范围无功投切电容’的原则来实现对系统无功的补偿。

如下图1为补偿原理图

三、控制系统

MCR型动态无功补偿系统由磁控电抗器本体、可控硅整流电路、微机控制及通讯系统、继电保护装置等部分组成。控制系统采用基于单片机的测控系统，采集的电量包括110kV和27.5kv母线侧电压、可控电抗器三相电流、直流励磁电流、110kV母线输出的有功功率和无功功率。控制器还需要接入电抗器投入、控制失压等开关量信息，电抗器运行状态等的开关量输出信号，接入到电抗器微机保护装置，由保护装置统一处理。如下图2MCR动态无功补偿装置系统图

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