范彬

：南龍鐵路投運后，漁珠牽引變電所功率因數(shù)長期偏低。經(jīng)分析，原因在于線路開通初期，客運行車密度低，而漁珠牽引變電所27.5kV饋線電纜長度較長，空載時容性無功較大，造成功率因數(shù)偏低。針對該種情況，本文研究探討了3種提高功率因數(shù)的措施。

Abstract： After the Nanlong Railway was put into operation， the power factor of Yuzhu Traction Substation has been low for a long time. After analysis， the reason is that in the initial stage of the line opening， the passenger vehicle density was low， and the 27.5kV feeder cable of Yuzhu Traction Substation was long， and the capacitive reactive power was large at no load， resulting in a low power factor. In view of this situation， this paper studies and discusses three measures to improve the power factor.

關(guān)鍵詞：南龍鐵路;行車密度;功率因數(shù);解決措施

Key words： Nanlong Railway;traffic density;power factor;solutions

中圖分類號：U224? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）04-0140-02

改建鐵路南平至龍巖擴(kuò)能改造工程（以下簡稱“南龍鐵路”）于2018年12月28日正式開通運營，福建省沿海地區(qū)自此形成了回型高鐵路網(wǎng)。

南龍鐵路位于福建省中北部的南平、三明市和龍巖市境內(nèi)，線路自合福鐵路南平站引出，經(jīng)沙縣、三明、永安、漳平至引入漳龍鐵路龍巖站，正線長度246.546km，其中橋梁33km，隧道185km，橋隧總長218km，占線路全長的88.7%。

全線共設(shè)5座牽引變電所，分別為漁珠、三明南、永安南、洋頭、雁石南。牽引變電所220kV側(cè)采用帶跨條的分支接線方式，牽引變壓器采用三相V/v接線型式，固定備用方式，容量分別為：2×（20+16）MVA、2×（16+20）MVA、2×（20+20）MVA、2×（20+20）MVA、2×（20+20）MVA。牽引變電所27.5kV側(cè)饋線每回路供電電纜3根，其中27.5kV饋線電纜最長3條公里，最短1條公里。

根據(jù)中國鐵路南昌局集團(tuán)公司運輸調(diào)度計劃，南龍鐵路運營初期動車組投運20對、普速3對（近期設(shè)計46對，遠(yuǎn)期65對）。

南龍鐵路5座牽引變電所投運后，根據(jù)地方電力公司2019年1-4月份計量電費結(jié)算單：每月每座牽引變電所計量電費單中有關(guān)力率電費、功率因數(shù)（根據(jù)供電合同約定：功率因數(shù)考核指標(biāo)0.85，超獎低罰，獎符號-，罰符號+，不獎不罰為0）統(tǒng)計情況見表1示。

從表1得知，除漁珠牽引變電所每月電費結(jié)算單中有關(guān)功率因數(shù)值一直偏低不達(dá)標(biāo)外，其他牽引變電所的功率因數(shù)值變動均屬于正常變化。針對上述問題，建設(shè)單位組織設(shè)計、施工、地方電力公司等有關(guān)單位進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)查，排除了所內(nèi)計量盤柜內(nèi)電表計有關(guān)無功（Q1象限、Q4象限）配線、安裝施工問題，初步認(rèn)為牽引所功率因數(shù)低應(yīng)是南龍鐵路運營初期行車密度較低，未達(dá)到設(shè)計列車對數(shù)造成的。

然而，通過漁珠牽引變電所2019年5-7月份計量電費結(jié)算單中功率因數(shù)值對比，情況已有所改觀，但結(jié)果仍不容樂觀，而其他牽引變電所功率因數(shù)仍保持正常變動，見表2所示。

針對該問題，對漁珠牽引變電所全日有功功率、無功功率進(jìn)行了測試，測試情況如下：

①測試對象。

漁珠牽引變電所220kV側(cè)電壓、電流。

②220kV側(cè)有功功率、無功功率測試曲線。

220kV有功功率、無功功率檢測曲線，見圖1、圖2所示。

③測試結(jié)論。

通過測試結(jié)果，可以看出，在0-5h有功功率可忽略不計，而無功功率均為負(fù)值、平均值約為-4MVar。初步分析漁珠牽引變電所功率因數(shù)低的原因為：該所饋線側(cè)3條公里的27.5kV供電電纜電容效應(yīng)導(dǎo)致了漁珠牽引變電所功率因數(shù)值降低。

④解決措施。

漁珠牽引變電所主要為容性無功造成的功率因數(shù)超標(biāo)，功率因數(shù)改善措施為并聯(lián)電抗器、加裝動態(tài)無功補(bǔ)償裝置、增加列車對數(shù)、減少無功輸入。而加裝動態(tài)無功補(bǔ)償裝置投入成本較大，本次研究不考慮采用該方案，以下對其他3種方案進(jìn)行分析。

1）方案一：在牽引變電所27.5kV母線側(cè)并聯(lián)電抗器。

由圖1、圖2的瞬時有功功率可以看出約5h時間段內(nèi)是空載運行，圖3中對應(yīng)的無功功率平均值約-4Mvar，故全補(bǔ)償?shù)娜萘考s為4Mvar。對不同補(bǔ)償方案進(jìn)行仿真，根據(jù)仿真效果確定合理的無功補(bǔ)償容量。

表3是增加無功補(bǔ)償容量對應(yīng)的功率因數(shù)，補(bǔ)償容量為0.5Mvar～3Mvar。當(dāng)補(bǔ)償容量為0.7Mvar時，功率因數(shù)為0.85，當(dāng)補(bǔ)償容量為1.4Mvar時，功率因數(shù)為0.9，當(dāng)補(bǔ)償容量為2.4Mvar時，功率因數(shù)為0.95，當(dāng)達(dá)到全補(bǔ)償功率時，功率因數(shù)將接近于1;但如果補(bǔ)償容量大于全補(bǔ)償功率后，功率因數(shù)卻明顯呈下降趨勢。

由于南龍鐵路投入運營初期，車輛較少，考慮長遠(yuǎn)運營，車輛增加會導(dǎo)致功率因數(shù)的增加，因此功率因數(shù)補(bǔ)償至0.85～0.95是比較理想的，即補(bǔ)償容量為0.7Mvar～2.4Mvar。

2）方案二：增加南龍鐵路行車對數(shù)。

通過分析，當(dāng)全日車對數(shù)達(dá)到32對時，漁珠牽引變電所功率因素可達(dá)到0.85。

3）方案三：減少無功輸入。

若垂停天窗時間為5h，在此期間將饋線斷路器斷開，可減少容性無功返送至電力系統(tǒng)的無功能量。經(jīng)初步估算，在行車計劃不變的情況下，漁珠牽引變電所日平均功率因數(shù)可由0.75提高至0.82。

方案一、方案二均可改善漁珠牽引變電所功率因數(shù)，方案一需新增并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備，目前牽引變電所內(nèi)已無設(shè)備預(yù)留位置，需重新征地并做變更設(shè)計，實施周期長，經(jīng)初步估算，投資需約2年收回。方案二需隨著列車對數(shù)增長可解決功率因數(shù)低的問題，這與運輸部門行車計劃相關(guān)，且無需增加投資。方案三無投資，但不能完全使功率因數(shù)達(dá)標(biāo)，僅在一定程度上改善功率因數(shù)。

經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，決定現(xiàn)階段進(jìn)一步觀測漁珠牽引變電所功率因數(shù)變化趨勢，同時充分利用天窗點，將饋線斷路器斷開，以減少電纜空載無功對功率因數(shù)的影響。積極協(xié)調(diào)運輸部門制定相關(guān)措施，提高運輸效率，增加列車對數(shù)，爭取早日實現(xiàn)該所功率因數(shù)達(dá)標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]改建鐵路南平至龍巖擴(kuò)能改造工程初步設(shè)計文件-電氣化篇[M].

[2]焦劍揚，劉明光.牽引變電所無功補(bǔ)償方式綜述[J].電氣開關(guān)，2006（06）.

[3]王大志.電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償原理與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2012.

[4]李群湛著.電氣化鐵道并聯(lián)綜合補(bǔ)償及其應(yīng)用[M].中國鐵道出版社，1993.

[5]鄭社寧主編.電氣化鐵道供變電[M].中國鐵道出版社，1996.