CN203251095U - 一种电气化铁路负序补偿系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电气化铁路负序补偿系统，包括：信号采集控制器、磁控电抗器和电容器支路；其中：磁控电抗器与电网的高压侧连接；电容器支路与电网的低压侧连接；信号采集控制器分别与磁控电抗器和电容器支路连接；信号采集控制器根据电网三相间的有功功率和无功功率，计算出电网三相间需要补偿的容量大小，并根据计算结果生成控制电容器支路提供无功和控制磁控电抗器输出补偿容量的控制信号。本实用新型能够实现在对电气化铁路进行负序补偿的同时，降低补偿系统的安装容量和占地面积。

Description

一种电气化铁路负序补偿系统

技术领域

本实用新型涉及铁路负序补偿技术领域，更具体地说，涉及一种电气化铁路负序补偿系统。

背景技术

电力机车是一种重要的运输工具，同内燃、蒸汽机车相比，具有节能、环保、高效等诸多优越性。根据我国《中长期铁路网规划（2008调整）》，到2020年，全国铁路营业里程将达到12万公里以上，电化率达到60%以上。随着电气化铁路的不断建设发展，它对电网的电能质量影响越来越受到研究人员的重视。

由于电气化铁路牵引负荷为单相负荷，不仅功率因数较低，当其接入电网时还会产生较大的负序分量，对电力设备及电力系统的安全经济运行造成威胁。因此，为了改善电能质量，目前铁路供电系统采取的措施主要是通过直接在牵引变电站的单站低压侧安装晶闸管控制电抗器（TCR）型静止无功补偿器和固定电容器，但是，分别在单站低压侧安装晶闸管控制电抗器（TCR）型静止无功补偿器，会导致谐波含量大，总补偿容量大，成本高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种电气化铁路负序补偿系统，能够实现在对电气化铁路进行负序补偿的同时，降低补偿系统的安装容量和占地面积。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种电气化铁路负序补偿系统，包括：信号采集控制器、磁控电抗器和电容器支路；其中：

所述磁控电抗器与电网的高压侧连接；

所述电容器支路与电网的低压侧连接；

所述信号采集控制器分别与所述磁控电抗器和电容器支路连接；

所述信号采集控制器根据电网三相间的有功功率和无功功率，计算出电网三相间需要补偿的容量大小，并根据计算结果生成控制所述电容器支路提供无功和控制所述磁控电抗器输出补偿容量的控制信号。

优选地，所述系统还包括：电流互感器、电压互感器、电流变送器、电压变送器和功率变送器；其中：

所述电流互感器与电网的高压侧连接，采集所述电网的高压侧的电流信号，并将采集的所述电流信号发送至与其连接的所述电流变送器和功率变送器；

所述电压互感器与电网的高压侧连接，采集所述电网的高压侧的电压信号，并将采集的所述电压信号发送至与其连接的所述电压变送器和功率变送器；

所述电流变送器将所述电流信号转换后输出至与其连接的信号采集控制器；

所述电压变送器将所述电压信号转换后输出至与其连接的信号采集控制器；

所述功率变送器将所述电流信号和电压信号转换后输出至与其连接的信号采集控制器；

所述信号采集控制器根据接收到的转换后的电流信号和电压信号计算出电网三相间的有功功率和无功功率。

优选地，所述信号采集控制器为PLC控制器。

优选地，所述磁控电抗器为主绕组采用三角形接线的磁控电抗器。

优选地，所述电流变送器的型号为：KCE-IJ03-A6-4-D24；电流输入范围为：0～5A，电压输出范围为：0～10V，工作电源为：24VDC，工作温度为：0～60°，响应时间为：≤250ms，直流输出精度为：±0.1%FS，交流输出精度为：±0.2%FS。

优选地，所述电压变送器的型号为：KCE-VJ03-V4-4-D24；电压输入范围为：0～250V，电压输出范围：0～10V，工作电源为：24VDC，工作温度为：0～60°，响应时间为：≤250ms，直流输出精度为：±0.1%FS，交流输出精度为：±0.2%FS。

优选地，所述功率变送器的型号为：CWQ-12-A5V2-5-V3-D2；电流输入范围为：0～5A，电压输入范围为：0～220V，输入频率为：50Hz±3Hz，电压输出范围为：0～10V，工作电源为：24VDC，工作温度为：0～60°，响应时间为：≤250msec，消耗功率为：≤4VA。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型公开的一种电气化铁路负序补偿系统，通过信号采集控制器根据电网三相间的有功功率和无功功率，计算出电网三相间需要补偿的容量大小，并根据需要补偿的容量大小控制与电网的高压侧连接的磁控电抗器输出补偿容量，控制与电网的低压侧连接的投切电容支路提供无功，有效解决了电气化铁路负荷的负序补偿问题，同时通过将磁控电抗器直接与电网的高压侧连接，在进行补偿时无需再接入升压变压器，减小了补偿系统的占地面积，并且与分别在低压侧单站进行补偿相比，大大降低了补偿系统的安装容量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例公开的一种电气化铁路负序补偿系统的结构示意图；

图2为本实用新型公开的另一实施例公开的一种电气化铁路负序补偿系统的结构示意图；

图3为本实用新型公开的磁控电抗器的接线原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种电气化铁路负序补偿系统，能够实现在对电气化铁路进行负序补偿的同时，降低补偿系统的安装容量和占地面积。

如图1所示，为本实用新型公开的一种电气化铁路负序补偿系统，包括：信号采集控制器101、磁控电抗器102和电容器支路103；其中：

磁控电抗器102与电网的110kV高压侧连接；

电容器支路103与电网的10kV低压侧连接；

信号采集控制器101分别与磁控电抗器102和电容器支路103连接；

信号采集控制器101根据电网三相间的有功功率和无功功率，计算出电网AB、BC、CA相需要补偿的容量大小，并根据计算结果生成控制电容器支路103提供无功和控制磁控电抗器102输出补偿容量的控制信号。

在上述实施例中，磁控电抗器102是一种容量可连续调节的电抗器，分为交流工作部分和直流控制部分，改变直流控制电流的大小可使电抗器铁芯工作在不同的激励磁状态，进而平滑的调节工作电流的大小，输出相应无功容量进行补偿。

上述实施例的具体工作原理为：通过信号采集控制器101根据电网三相间的有功功率和无功功率，计算出电网三相间需要补偿的容量大小，并根据计算结果生成控制投切电容支路103和磁控电抗器102的控制信号。与电网110kV高压侧连接的磁控电抗器102根据信号采集控制器101生成的控制信号输出补偿容量对电网进行补偿，与电网10kV低压侧连接的电容器支路103根据信号采集控制器101生成的控制信号进行投切，对电网提供无功。

上述实施例中，通过磁控电抗器和投切电容支路对电网进行补偿，解决了电气化铁路负荷的负荷问题，同时磁控电抗器直接对电网的高压侧进行补偿，与现有技术中分别在低压侧单站进行补偿相比，大大降低的系统安装容量，且磁控电抗器能够直接接入高压侧进行补偿，而不需通过升压变压器接入，大大减少了系统的占地面积。

如图2所示，为本实用新型另一实施例公开的一种电气化铁路负序补偿系统，包括：电流互感器201、电压互感器202、电流变送器203、电压变送器204、功率变送器205、信号采集控制器206、磁控电抗器207和电容器支路208；其中：

电流互感器201与电网的110kV高压侧连接，采集电网的110kV高压侧的电流信号，并将采集的电流信号发送至与其连接的电流变送器203和功率变送器205；

电压互感器202与电网的110kV高压侧连接，采集电网的110kV高压侧的电压信号，并将采集的电压信号发送至与其连接的电压变送器204和功率变送器205；

电流变送器203将接收到的电流信号转换后输出至与其连接的信号采集控制器206；

电压变送器204将接收到的电压信号转换后输出至与其连接的信号采集控制器206；

功率变送器205将接收到的电流信号和电压信号转换后输出至与其连接的信号采集控制器206；

信号采集控制器206根据接收到的转换后的电流信号和电压信号计算出电网三相间的有功功率和无功功率，并根据电网三相间的有功功率和无功功率计算出电网AB、BC、CA相需要补偿的容量大小，根据计算结果生成控制电容器支路208和磁控电抗器207的控制信号；

与电网110kV高压侧连接的磁控电抗器207根据信号采集控制器206生成的控制信号输出补偿容量对电网进行补偿；

与电网10kV低压侧连接的电容器支路208根据信号采集控制器206生成的控制信号进行投切，对电网提供无功。

在上述实施例中，信号采集控制器206为PLC控制器，PLC控制器实用灵活、通用性强、现场调试容易；接口简单、维护方便，有较强的带负载能力；体积小、重量轻、功耗小、性价比高；采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件完成，大部分继电器和繁杂连线被软件程序所代替，能适应各种强烈干扰的工业现场，可靠性高。

在上述实施例中，电流变送器203的型号为：KCE-IJ03-A6-4-D24；电流输入范围为：0～5A，电压输出范围为：0～10V，工作电源为：24VDC，工作温度为：0～60°，响应时间为：≤250ms，直流输出精度为：±0.1%FS，交流输出精度为：±0.2%FS。

在上述实施例中，电压变送器204的型号为：KCE-VJ03-V4-4-D24；电压输入范围为：0～250V，电压输出范围：0～10V，工作电源为：24VDC，工作温度为：0～60°，响应时间为：≤250ms，直流输出精度为：±0.1%FS，交流输出精度为：±0.2%FS。

在上述实施例中，功率变送器205的型号为：CWQ-12-A5V2-5-V3-D2；电流输入范围为：0～5A，电压输入范围为：0～220V，输入频率为：50Hz±3Hz，电压输出范围为：0～10V，工作电源为：24VDC，工作温度为：0～60°，响应时间为：≤250msec，消耗功率为：≤4VA。

如图3所示，上述实施例中的磁控电抗器每个工作铁芯上均绕有交流主绕组和直流控制线圈，直流控制线圈由外接电源供电，与交流主绕组之间进行了电气隔离，保证了磁控电抗器在工作时的安全性和可靠性。磁控电抗器的容量输出调节，是通过信号采集控制器控制晶闸管的导通角调节直流控制线圈的电流大小来进行调节的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种电气化铁路负序补偿系统，其特征在于，包括：信号采集控制器、磁控电抗器和电容器支路；其中：

所述磁控电抗器与电网的高压侧连接；

所述电容器支路与电网的低压侧连接；

所述信号采集控制器分别与所述磁控电抗器和电容器支路连接；

所述信号采集控制器根据电网三相间的有功功率和无功功率，计算出电网三相间需要补偿的容量大小，并根据计算结果生成控制所述电容器支路提供无功和控制所述磁控电抗器输出补偿容量的控制信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：电流互感器、电压互感器、电流变送器、电压变送器和功率变送器；其中：

所述电流互感器与电网的高压侧连接，采集所述电网的高压侧的电流信号，并将采集的所述电流信号发送至与其连接的所述电流变送器和功率变送器；

所述电压互感器与电网的高压侧连接，采集所述电网的高压侧的电压信号，并将采集的所述电压信号发送至与其连接的所述电压变送器和功率变送器；

所述电流变送器将所述电流信号转换后输出至与其连接的信号采集控制器；

所述电压变送器将所述电压信号转换后输出至与其连接的信号采集控制器；

所述功率变送器将所述电流信号和电压信号转换后输出至与其连接的信号采集控制器；

所述信号采集控制器根据接收到的转换后的电流信号和电压信号计算出电网三相间的有功功率和无功功率。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述信号采集控制器为PLC控制器。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述磁控电抗器为主绕组采用三角形接线的磁控电抗器。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电流变送器的型号为：KCE-IJ03-A6-4-D24；电流输入范围为：0～5A，电压输出范围为：0～10V，工作电源为：24VDC，工作温度为：0～60°，响应时间为：≤250ms，直流输出精度为：±0.1%FS，交流输出精度为：±0.2%FS。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电压变送器的型号为：KCE-VJ03-V4-4-D24；电压输入范围为：0～250V，电压输出范围：0～10V，工作电源为：24VDC，工作温度为：0～60°，响应时间为：≤250ms，直流输出精度为：±0.1%FS，交流输出精度为：±0.2%FS。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述功率变送器的型号为：CWQ-12-A5V2-5-V3-D2；电流输入范围为：0～5A，电压输入范围为：0～220V，输入频率为：50Hz±3Hz，电压输出范围为：0～10V，工作电源为：24VDC，工作温度为：0～60°，响应时间为：≤250msec，消耗功率为：≤4VA。

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