铁路10 k V长电缆线路电容电流补偿策略分析

郑小永

（朔黄铁路发展有限责任公司肃宁分公司，河北 沧州062350）

0 引言

电缆具有较大的相间及相对地电容，在正常和故障状态下都有较大的电容电流流过线路，特别是轻载长电缆线路。电容电流的存在给线路安全正常运行带来了一系列问题，因而对供电系统的电容电流进行补偿也就成了必须采取的技术措施。在实际的铁路10 k V线路运行中，必须加强补偿效果，保证电力供应的可靠性，降低设备的损耗，提高系统的功率因数，以提高供电质量。

1 铁路供电长电缆线路中电容电流问题

在铁路供电系统中，由于各种因素的影响，电缆线路所占比例不断提高。铁路供电线路特别是自闭线路，由于一般只供给自动闭塞设备用电，从而长期处于轻载状态。而轻载长电缆线路的电容电流会造成一系列问题，如末端电压超过额定电压，空载切除线路引起操作过电压；电容电流增大，超出隔离开关分断能力；发生单相接地故障时，接地电弧不易自行熄灭，易造成相间短路；电弧接地时正常相电压升高，容易造成系统内绝缘薄弱的设备损坏等，给电力系统自身和用电设备的运行都带来了安全隐患。因此，要在日常维护中利用补偿技术改善这一弊病，通常是采用电压和电流补偿的方式来弥补电容电流带来的不稳定影响。

2 电容电流补偿问题理论分析

我们发现某铁路贯通线在长期运行过程中存在着不同程度的间歇性弧光接地导致设备被烧毁的问题。因为在正常运行过程中有较大的电容电流，线路无法投入运行，即使变电所内不投电容补偿，依然会有过补偿现象，增加了无功功率，影响了供电系统的正常运行。从理论角度分析，原因主要包括：

（1）单相金属短路接地问题出现时，接地相电压的数值用0来表示，非故障相线电压为相电压的倍，那么就不会有过电压产生。但是往往出现的不是金属性接地故障，比如，有破裂问题出现于针式绝缘子上，或者在电缆机械磨损的作用下，都会有高阻接地故障出现，并且伴有燃弧现象。因为10 k V电力线路属于一种典型的小电流接地系统，短时间接地运行是允许的，那么故障相会对弧光接地现象的控制产生直接的影响，如电弧长短、风的去离子作用、故障电流强度等。当暂态振荡电流经过零点时出现了第一次熄弧，此时电压达到了峰值，那么重燃电压的上升速度和介质绝缘强度的恢复速度就会直接影响到熄弧的成功与否。如果第一次熄弧失败，就会有一系列的间歇性弧光接地出现。针对这种情况相关专家进行了研究，认为是由于电缆长度过大，电容电流在5 A以上，需要使用相应的电抗补偿器。

（2）在供电系统正常运行的情况下，线路电容会升高线路末端电压，影响到沿线设备的正常运行。如果线路带有较轻的负荷，那么就会增加电容电流，导致变电所过补偿问题的出现。即使不投入变电所电容补偿器，产生的无功电流依然很大，消耗无功功率，对设备运行产生不利影响。

3 铁路长电缆线路补偿策略

目前，铁路长电缆线路的补偿策略是：结合沿线信号中继站和箱式变电站，设置并联电抗器作为基本补偿，同时在两端10 k V配电所集中设置动态无功补偿装置。在应用中需要考虑线路的负荷率，基本思路就是按整个线路总容性无功功率的80%左右设置并联电抗器，提供基本的感性无功补偿容量，然后在两端的10 k V配电所中设置相关的动态补偿装置，以此保证系统的安全可靠运行。而无功补偿形式有很多种，包括SVG、TCR、MCR、分组投切等。在设计中已经将SVG形式排除，所以在实际应用中体现为3种形式，也就是分组投切电抗器、相控电抗器、磁阀式可控电抗器。

3．1 分组投切电抗器补偿

在实际应用中，分组投切电抗器的总容量设计为252 k W，其按照不同的容量分为3个组别，利用计算机进行控制，对贯通线、自闭馈线的基本信息进行采样分析后，按功率因数形成优化方案后，才利用真空接触器控制电抗器进行投切，以达到对贯通线缆的容性电流进行补偿的效果，补偿后功率因数可达到0．91上下。分组投切装置的动作与次序都可以利用计算机进行控制，不会出现振荡情况。同时可以进行手动和自动两种操作，设置为自动时，其功率因数可以设定，这样保证了在一定范围内装置动作准确，从而提高了系统的可靠性。

3．2 相控电抗器补偿

应用TCR也是一种补偿方式，其可以自动跟踪系统电压和无功变化，从而动态化地进行补偿，使得补偿后功率因数达到一定的要求。如果功率因数绝对值大于设定值，动态补偿则不投入或者退出；如果功率因数绝对值小于设定值，则系统会根据采集的实际电压、无功情况等进行分析与计算，实现脉冲分配，进行自我动态化调节，平滑补偿，直至功率因数达到设定的范围，以满足供电要求。如：针对高速铁路供电系统的长电缆问题，可采用TCR型SVC提供动态平滑无功功率补偿。

3．3 磁阀式可控电抗器补偿

磁阀式可控电抗器的铁芯分为两部分，其截面都会呈现一定的可控磁饱和度，成为一个小截面段。4个匝数为N／2的线圈分别对称地缠绕在两个半铁芯柱上，每边半铁芯柱上可以分为上下两个绕组，各有一个抽头，之间利用晶闸管进行连接。不同铁芯的上下两个绕组交叉连接，并连到 10 k V供电系统的无功补偿柜上，形成一个补偿控制装置。磁阀式可控电抗器通过改变小截面磁饱和状态来改变电抗器的容量，可以使每个绕组成为一个工作单元，有利于对损耗的控制，同时简化了系统结构，经济性较好，可以在实际应用中很好地补偿铁路10 k V贯通线、自闭馈线上所产生的容性无功，提高整个电力系统的功率因数，限制过电压对系统的影响。

磁阀式可控电抗器的优势是占地面积小，可降低电力系统建设中10 k V配电所占地面积及对环境的影响；损耗低，补偿效果理想，且补偿过程相对平滑，响应速度快，可以更好地满足铁路系统对功率因数的要求，减少无功消耗和设备损耗，降低铁路运行的成本。另外，由于磁阀式可控电抗器涉及的多数技术已经实现国产化，在采购和维护上可节约开支，因此，采用磁阀式可控电抗器进行补偿还能减轻投资负担。

4 结语

选择合理而有效的10 k V系统电容电流补偿措施对于铁路运行是十分重要的，按照目前我国铁路系统的供电情况，同时考虑到整个系统构建的成本、维护等，应当选择适应性较强的补偿技术，以提高铁路供电系统中电容电流补偿的有效性。因此，动态化补偿策略是目前技术选择和设备引入的首要选择。本文简要分析了铁路10 k V长电缆线路电容电流补偿策略，希望可以为相关人士提供一些有价值的参考意见。

［1］陈修延，戴谦，韩冬竹．新型固调式磁控电抗器在铁路贯通电力线路中的应用［J］．铁道机车车辆，2012（5）：92～95

［2］王学明．并联电抗器在长电缆电力贯通线电容电流补偿中的应用［J］．上海铁道科技，2012（5）：122～123