提要：本文通过对牵引变电所各种电压补偿方法进行分析和比较，提出了变压器接地端串联电容补偿的方法，并进行了论证和分析。
主题词：电容补偿；方法；比较；分析
分类号：U224.2文献标识码：A
铁路交通是国民经济发展的命脉，同时也是制约经济迅速发展的瓶颈之一。电气化牵引能多拉快跑，能有效缓解运能和运量的矛盾。为了节省投资和运营管理的方便，既有和新建的电气化铁路牵引变电所距离都比较远，为了满足牵引供电系统的技术要求，一般采用增加牵引变压器安装容量的方法，来提高供电臂末端电压水平。自1994年12月开始电气化铁路用电按大工业电价收费(俗称两部制电价)，即电气化铁路用电除按每月实际用电量交纳电费外，还需按变压器安装容量计收基本电价(按牵引变电所主变安装容量为25 MVA，基本电价为每月10元/kVA计算，每年每个变电所基本电价费为300多万元)，因此，再采用增加主变安装容量的方法来提高电压水平是很不经济的，同时也是不可取的。
目前，提高牵引网的电压水平的方法主要有三种：一是有载(分接)变压器调压，即调压变压器方法，它通过改变有载变压器抽头实现调压，包括采用有载牵引变压器和自耦变压器两种方式；二是在27.5 kV母线或27.5kV接触网上串联电容补偿的方法，它以串联电容器的容抗补偿牵引供电系统的感抗来减少电压损失；三是静止无功补偿器方法，通过改变无功潮流实现电压的调整。
调压变压器方法主要作用是改变系统中的有功潮流，直接提高电压水平，需要串联在系统中，在输入端和输出端产生不同电压。其特点是装置结构简单，一次性投资较少。其缺点是调压范围受到技术、经济两方面的限制。因调节装置是串联在系统中的，其容量选择应考虑牵引网的短路电流或采取相应的措施；同时，现行调节机构多为机械式的，当反应速度不及最大负荷突然消失的速度时，会在牵引网上产生过高的电压，危及绝缘配合。另外，调节机构经常动作，会减少其寿命，而且容易发生故障。为减少接触网开口，一般装置牵引变电所，这样，调压范围又受到母线最高电压的绝缘水平的限制。
27.5 kV母线或27.5 kV接触网上串联电容补偿的方法主要作用减少牵引网阻抗，补偿牵引负荷的无功电流，在输入端和输出端产生不同电压。具有装置结构简单的优点，并且输出电压是随负荷变化自动调整的，不需要另设调整机构。当负荷电流最大时，接触网电压水平最低，此时，装置的补偿电压也最大，因此，不受母线或接触网最高电压的绝缘水平的限制。
静止无功补偿器(SVC)方法通过改变无功潮流实现电压调整，是并联在系统中的，接触网或馈线不需要开口，安装地点有较大的选择范围；直接补偿牵引负荷所需的无功来降低压损、提高网压，同时改善功率因数，并且不会造成无功过量反送，理论上补偿范围不受限制；能同时取得节能、节容和增加供电能力的经济性能；由于交直型牵引负荷谐波电流较大，为防止谐波放大或因谐波而危及本装置的安全运行，并联电容应串联适量的电抗器，构成滤波器，因此兼有滤波功能。但一次性投资很大，相当于整个牵引变电所造价。
以上电压补偿方案都是设置在牵引网的27.5 kV侧，电压等级高，要求的绝缘水平敢较高，相应的工程造价也较高。
设置在变压器接地端的串联电容补偿装置，串联在牵引网的回流线与牵引变压器之间，电压等级低(仅有1～2 kV)，要求的绝缘水平也很低。
变压器接地端串联电容补偿的方法适用于目前电气化铁道中主变类型为YN，d11、SCOTT、单相，以及阻抗平衡等各种牵引变压器。
牵引网中电压损失为：
ΔU1=I1(R1cosφ1+X1sinφ1)
ΔU2=I2(R2cosφ2+X2sinφ2)
式中：ΔU1为供电臂一的牵引网电压损失；
ΔU2为供电臂二的牵引网电压损失；
cosφ1为供电臂一牵引负载的功率因数；
cosφ2为供电臂二牵引负载的功率因数。
又：R1+jX1为供电臂一的牵引网阻抗；
R2+jX2为供电臂二的牵引网阻抗；
i1为供电臂一的电流；
i2为供电臂二的电流。
在两个供电臂提高的电压分别为：
ΔUc1=I1(Xcsinφ1)
ΔUc2=I2(Xcsinφ2)
式中：Xc为串联电容补偿装置的容抗，Xc=1/ωc。
对于不同的牵引变夺器类型，由于两个供电臂牵引负荷相位不同，通过串联电容补偿装置的综合电流及其两端的电压各不相同，但补偿效果相同，请读者自行分析。
通过以上的比较和分析，变压器接地端的串联电容补偿，具有如下优点：
(1)电压等级低，可以降低绝缘等级，减少一次性投资；
(2)具有装置结构简单的优点；
(3)输出的电压与通过其中的负荷电流成正比，而且是自动调整的，不需要另设调整机构，使用可靠、寿命长，日常维护少；
(4)当负荷电流最大时，接触网电压水平最低，此时，装置的补偿电压也最大；
(5)不受母线或接触网最高电压的绝缘水平的限制；
(6)能同时对两个供电臂进行电压补偿；
(7)工程造价最低。
总之，这种调压方法技术经济优势明显，适用于各种需要进行电压补偿的电气化铁路，特别是既有电气化铁路改造，提高供电臂电压水平。
作者单位：铁道部第四勘测设计院 电气化处，武汉430063
参考文献
［1］曹建猷.电气化铁路供电系统［M］.中国铁道出版社，1984.
［2］贺威俊，高仕斌，等.电力牵引供变电技术［M］.西南交通大学出版社，1998.
