多線合用牽引變電所電能質(zhì)量實(shí)測(cè)分析

1、概況 合肥至蚌埠客運(yùn)專線(以下簡(jiǎn)稱合蚌客專)由京滬高鐵蚌埠南站引出,終于合肥樞紐合肥站,與水蚌線、淮南線、商合杭高鐵、合福鐵路等多條鐵路或交叉或并行,牽引供電系統(tǒng)采用AT供電方式,新建劉府、水家湖、邵崗3座牽引變電所。合蚌客專線路及牽引變電所分布示意圖如圖1所示。 圖1線路及牽引變電所分布示意圖 合蚌客專線路情況復(fù)雜,電力機(jī)車類型多,AT供電方式和直接供電方式并存,給理論分析帶來(lái)困難,因此本文對(duì)合蚌客專牽引變電所220kV側(cè)三相電壓、電流和27．5kV母線電壓和電流以及饋線電流等實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集,并基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)牽引變電所功率因數(shù)、三相電壓不平衡和諧波等電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行了分析。 功率因數(shù) 2.1功率因數(shù)影響因素 牽引變電所功率因數(shù)主要受三個(gè)方面影響。 (1)交直型電力機(jī)車。交直型電力機(jī)車(如SS系列)功率因數(shù)在0．8左右,交直交型電力機(jī)車(如和諧號(hào)、復(fù)興號(hào)、HXD等)功率因數(shù)在0．97以上。目前,交直型電力機(jī)車僅在部分普速電氣化鐵路中運(yùn)行,交直交型電力機(jī)車所占比例越來(lái)越高,相關(guān)的文獻(xiàn)分析結(jié)果表明,在兩種電力機(jī)車混跑的線路中,交直型電力機(jī)車所占比例達(dá)到22．9％時(shí),牽引變電所的功率因數(shù)降到0．9。 (2)分布式容性電流。接觸網(wǎng)為長(zhǎng)距離輸電線路,會(huì)產(chǎn)生分布式容性電流。以一個(gè)雙線電氣化鐵路牽引變電所為例,若變電所有4回AT饋線,供電臂長(zhǎng)度為25km,架空接觸網(wǎng)單位電容電流參照35kV線路為0．18A/km,則變電所27．5kV側(cè)電容電流為0．18×25×4＝18A,折算到220kV側(cè)為4．5A,產(chǎn)生的無(wú)功功率為1714kvar. 雖然架空線路產(chǎn)生的無(wú)功功率相對(duì)于機(jī)車功率小,但是當(dāng)線路上開(kāi)行的列車對(duì)數(shù)少,線路空載率過(guò)高時(shí),牽引變電所全天功率因數(shù)會(huì)降低。 (3)無(wú)功功率計(jì)量方式。牽引變電所全天功率因數(shù)可分為“返送反計(jì)”“返送不計(jì)”“返送正計(jì)”三種計(jì)量方式。 “返送反計(jì)”計(jì)量方式的計(jì)算公式為: cosφ＝ “返送不計(jì)”計(jì)量方式的計(jì)算公式為: cosφ＝ “返送正計(jì)”計(jì)量方式的計(jì)算公式為: cosφ＝ 式中,P為有功功率;QL為感性無(wú)功功率;功功率。 (1) (2) (3) QC為容性無(wú) 由式(1)~(3)可以看出,3種牽引變電所功率因數(shù)計(jì)算方式差異較大,“返送正計(jì)”方式功率因數(shù)*低。 2.2實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析 合蚌客專3座牽引變電所功率因數(shù)的實(shí)測(cè)值如圖2~4所示。由于牽引變電所供電線路的機(jī)車均為交直交型電力機(jī)車,牽引變電所功率因數(shù)保持在較高的水平,實(shí)測(cè)值也可以反映這一點(diǎn),其中功率因數(shù)為負(fù)值對(duì)應(yīng)的時(shí)刻是機(jī)車在運(yùn)行過(guò)程中的再生制動(dòng)工況。 圖2劉府牽引變電所功率因數(shù)實(shí)測(cè)值 圖3水家湖牽引變電所功率因數(shù)實(shí)測(cè)值 圖4邵崗牽引變電所功率因數(shù)實(shí)測(cè)值 3座牽引變電所全天功率因數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1,在“返送反計(jì)”“返送不計(jì)”方式下,3座牽引變電所功率因數(shù)都達(dá) 由圖2~4可以看出,劉府牽引變電所存在較長(zhǎng)時(shí)間的線路空載情況,而水家湖和邵崗牽引變電所幾乎不存在空載情況,這是由于水蚌線還未開(kāi)通,劉府牽引變電所目前只為合蚌客專一條鐵路供電,而水家湖和邵崗牽引變電所則同時(shí)為3條鐵路供電。從表1可知,受空載線路分布式容性電流影響,劉府牽引變電所功率因數(shù)小于其他2座變電所。 表1牽引變電所全天功率因數(shù) 計(jì)量方式 劉府牽引變電所 水家湖牽引變電所 邵崗牽引變電所 返送反計(jì) 0．9914 0．9965 0．9927 返送不計(jì) 0．9141 0．9721 0．9746 返送正計(jì) 0．7002 0．8699 0．8648 三相電壓不平衡 3.1牽引變電所負(fù)序影響分析 牽引變電所采用V/X牽引變壓器,其原理如圖5所示,高壓側(cè)接入電力系統(tǒng)220kV三相電源,二次側(cè)設(shè)2臺(tái)單相變壓器,分別為變電所α和β兩側(cè)供電臂供電,其中每個(gè)單相變壓器設(shè)有T和F繞組,二次側(cè)Tα、Tβ之間,Fα、Fβ之間電壓相位相差60°。 圖5VX接線變壓器原理圖 通過(guò)分析一次側(cè)電流與二次側(cè)負(fù)載電流關(guān)系,并采用對(duì)稱分量法對(duì)一次側(cè)三相電流進(jìn)行分解,可得負(fù)序電流 為： (4)式中,k為變壓器一次側(cè)和二次側(cè)繞組匝數(shù)比,對(duì)于220/2×27．5kV變壓器,k＝8。 根據(jù)GB/T15543－2008,電壓不平衡度為:3。I2。ULεU2＝Sk×100％(5)由式(5)可知,牽引變電所電壓不平衡度受負(fù)序電流I2和接入點(diǎn)的系統(tǒng)短路容量Sk影響。根據(jù)式(4),負(fù)序電流I2與變電所兩側(cè)負(fù)荷電流有關(guān)。系統(tǒng)短路容量Sk則由電力系統(tǒng)決定。 3.2實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析 通過(guò)測(cè)量變電所220kV側(cè)三相電壓的幅值和相位,用對(duì)稱分量法分別求出正序分量、負(fù)序分量,然后計(jì)算出負(fù)序電壓不平衡度,將獲得的24h數(shù)據(jù)繪制成電壓不平衡度曲線,如圖6~8所示,其95％概率較大值和較大值見(jiàn)表2。根據(jù)GB/T15543－2008?電能質(zhì)量三相電壓不平衡?規(guī)定,接于公共連接點(diǎn)的每個(gè)用戶引起的該點(diǎn)負(fù)序電壓不平衡度允許值一般為1．3％,短時(shí)不超過(guò)2．6％。因此牽引變電所三相電壓不平衡度滿足規(guī)范要求。 參考文獻(xiàn) [1]劉華,馮金博．牽引網(wǎng)分布電容對(duì)牽引變電所功率因數(shù)的影響[J]．建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2014(2):581G582． [2]陳飛．新建時(shí)速200km客貨共線鐵路綜合功率因數(shù)計(jì)算[J]．鐵道工程學(xué)報(bào),2007(4):65G68． [3]方策,吳命利．京滬高鐵周立營(yíng)牽引變電所電能質(zhì)量治理測(cè)試分析[J]．電氣技術(shù),2017(12):71G75． [4]黃建平．合蚌客專牽引變壓器選型[J]．山西電力,2017(1):68G72． [5]寧玉琳,陳國(guó)慶,閆紅宇．城際鐵路牽引變電所無(wú)功功率補(bǔ)償研究與應(yīng)用[J]．電氣化鐵道,2016(4):40G42． [6]趙曉琳．不同接線牽引變壓器負(fù)序特性及補(bǔ)償方案研究[D]．北京:北京交通大學(xué),2014． [7]余新才,彭昌勇,施通勤,等．CRH2型電力機(jī)車建模與諧波電流分析[J]．武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2012,45(1):107G110． [8]李欣．CRH380A型高速動(dòng)車組諧波特性分析與建模[D]．成都:西南交通大學(xué),2016． [9]邵洋．樞紐牽引供電系統(tǒng)諧振與諧波特性分析及治理研究[D]． [10]黃建平.多線合用牽引變電所電能質(zhì)量實(shí)測(cè)分析 [11]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用設(shè)計(jì),2019,11版。

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