多线合用牵引变电所电能质量实测分析

1、概况 合肥至蚌埠客运专线(以下简称合蚌客专)由京沪高铁蚌埠南站引出,终于合肥枢纽合肥站,与水蚌线、淮南线、商合杭高铁、合福铁路等多条铁路或交叉或并行,牵引供电系统采用AT供电方式,新建刘府、水家湖、邵岗3座牵引变电所。合蚌客专线路及牵引变电所分布示意图如图1所示。 图1线路及牵引变电所分布示意图 合蚌客专线路情况复杂,电力机车类型多,AT供电方式和直接供电方式并存,给理论分析带来困难,因此本文对合蚌客专牵引变电所220kV侧三相电压、电流和27．5kV母线电压和电流以及馈线电流等实时运行数据进行了采集,并基于实测数据对牵引变电所功率因数、三相电压不平衡和谐波等电能质量问题进行了分析。 功率因数 2.1功率因数影响因素 牵引变电所功率因数主要受三个方面影响。 (1)交直型电力机车。交直型电力机车(如SS系列)功率因数在0．8左右,交直交型电力机车(如和谐号、复兴号、HXD等)功率因数在0．97以上。目前,交直型电力机车仅在部分普速电气化铁路中运行,交直交型电力机车所占比例越来越高,相关的文献分析结果表明,在两种电力机车混跑的线路中,交直型电力机车所占比例达到22．9％时,牵引变电所的功率因数降到0．9。 (2)分布式容性电流。接触网为长距离输电线路,会产生分布式容性电流。以一个双线电气化铁路牵引变电所为例,若变电所有4回AT馈线,供电臂长度为25km,架空接触网单位电容电流参照35kV线路为0．18A/km,则变电所27．5kV侧电容电流为0．18×25×4＝18A,折算到220kV侧为4．5A,产生的无功功率为1714kvar. 虽然架空线路产生的无功功率相对于机车功率小,但是当线路上开行的列车对数少,线路空载率过高时,牵引变电所全天功率因数会降低。 (3)无功功率计量方式。牵引变电所全天功率因数可分为“返送反计”“返送不计”“返送正计”三种计量方式。 “返送反计”计量方式的计算公式为: cosφ＝ “返送不计”计量方式的计算公式为: cosφ＝ “返送正计”计量方式的计算公式为: cosφ＝ 式中,P为有功功率;QL为感性无功功率;功功率。 (1) (2) (3) QC为容性无 由式(1)~(3)可以看出,3种牵引变电所功率因数计算方式差异较大,“返送正计”方式功率因数*低。 2.2实测数据分析 合蚌客专3座牵引变电所功率因数的实测值如图2~4所示。由于牵引变电所供电线路的机车均为交直交型电力机车,牵引变电所功率因数保持在较高的水平,实测值也可以反映这一点,其中功率因数为负值对应的时刻是机车在运行过程中的再生制动工况。 图2刘府牵引变电所功率因数实测值 图3水家湖牵引变电所功率因数实测值 图4邵岗牵引变电所功率因数实测值 3座牵引变电所全天功率因数统计见表1,在“返送反计”“返送不计”方式下,3座牵引变电所功率因数都达 由图2~4可以看出,刘府牵引变电所存在较长时间的线路空载情况,而水家湖和邵岗牵引变电所几乎不存在空载情况,这是由于水蚌线还未开通,刘府牵引变电所目前只为合蚌客专一条铁路供电,而水家湖和邵岗牵引变电所则同时为3条铁路供电。从表1可知,受空载线路分布式容性电流影响,刘府牵引变电所功率因数小于其他2座变电所。 表1牵引变电所全天功率因数 计量方式 刘府牵引变电所 水家湖牵引变电所 邵岗牵引变电所 返送反计 0．9914 0．9965 0．9927 返送不计 0．9141 0．9721 0．9746 返送正计 0．7002 0．8699 0．8648 三相电压不平衡 3.1牵引变电所负序影响分析 牵引变电所采用V/X牵引变压器,其原理如图5所示,高压侧接入电力系统220kV三相电源,二次侧设2台单相变压器,分别为变电所α和β两侧供电臂供电,其中每个单相变压器设有T和F绕组,二次侧Tα、Tβ之间,Fα、Fβ之间电压相位相差60°。 图5VX接线变压器原理图 通过分析一次侧电流与二次侧负载电流关系,并采用对称分量法对一次侧三相电流进行分解,可得负序电流 为： (4)式中,k为变压器一次侧和二次侧绕组匝数比,对于220/2×27．5kV变压器,k＝8。 根据GB/T15543－2008,电压不平衡度为:3。I2。ULεU2＝Sk×100％(5)由式(5)可知,牵引变电所电压不平衡度受负序电流I2和接入点的系统短路容量Sk影响。根据式(4),负序电流I2与变电所两侧负荷电流有关。系统短路容量Sk则由电力系统决定。 3.2实测数据分析 通过测量变电所220kV侧三相电压的幅值和相位,用对称分量法分别求出正序分量、负序分量,然后计算出负序电压不平衡度,将获得的24h数据绘制成电压不平衡度曲线,如图6~8所示,其95％概率较大值和较大值见表2。根据GB/T15543－2008«电能质量三相电压不平衡»规定,接于公共连接点的每个用户引起的该点负序电压不平衡度允许值一般为1．3％,短时不超过2．6％。因此牵引变电所三相电压不平衡度满足规范要求。 参考文献 [1]刘华,冯金博．牵引网分布电容对牵引变电所功率因数的影响[J]．建筑工程技术与设计,2014(2):581G582． [2]陈飞．新建时速200km客货共线铁路综合功率因数计算[J]．铁道工程学报,2007(4):65G68． [3]方策,吴命利．京沪高铁周立营牵引变电所电能质量治理测试分析[J]．电气技术,2017(12):71G75． [4]黄建平．合蚌客专牵引变压器选型[J]．山西电力,2017(1):68G72． [5]宁玉琳,陈国庆,闫红宇．城际铁路牵引变电所无功功率补偿研究与应用[J]．电气化铁道,2016(4):40G42． [6]赵晓琳．不同接线牵引变压器负序特性及补偿方案研究[D]．北京:北京交通大学,2014． [7]余新才,彭昌勇,施通勤,等．CRH2型电力机车建模与谐波电流分析[J]．武汉大学学报(工学版),2012,45(1):107G110． [8]李欣．CRH380A型高速动车组谐波特性分析与建模[D]．成都:西南交通大学,2016． [9]邵洋．枢纽牵引供电系统谐振与谐波特性分析及治理研究[D]． [10]黄建平.多线合用牵引变电所电能质量实测分析 [11]安科瑞企业微电网设计与应用设计,2019,11版。

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