秦岭牵引变电所功率因数问题分析
2014-08-13苏普江
苏普江
(西安铁路局调度所,陕西 西安 710054)
1 问题提出
秦岭牵引变电所地处秦岭之巅,位于宝成铁路卡脖子段的宝鸡至风州区段中间位置,距宝鸡四十五千米。宝风段电气化铁路是我国于1961年开通运营的最早的电气化铁路,其中的任家湾至秦岭段不仅基本处于隧道区段,而且是高坡道区段,线路坡度在千分之二十以上的占百分之八十以上,最大坡度为百分之三十三。秦岭牵引变电所的供电臂都在这个区段。目前该所为两台4万千伏安的变压器、两台运行一台备用方式。运行三十多年来,秦岭牵引变电所全部的变压器、断路器、流互、压互及补偿装置等几经改造,目前基本处于满足牵引负荷的稳定运行状态。但长期以来,该所主变运行功率因数低下,处于0.86左右。功率因数低会导致电压质量差并造成很大的网损,这一概念已为人所共知。实际上负荷功率因数下降的危害远不止于此,它会降低输电网的传输能力,从而引起变电站的稳定性下降,在重载情况下甚至导致变电站电压崩溃。
2 问题分析
针对该变电所功率因数低的问题,相关管理部门也多次进行研究讨论,并采取在所内增加无功补偿装置,馈线始端加装串电容以提高馈线末端电压等方式,但功率因数提高不理想,目前仍保持在0.87左右。下面是采集的该变电所2013年10月份的日运行的有功、无功和功率因数统计表。
日期 有功(千瓦) 无功(千乏) 功率因数 动补电容2013.10.1 99550 59400 0.86 投入2013.10.2 103950 59950 0.87 投入2013.10.3 107800 62700 0.86 投入2013.10.21 92136 54048.5 0.86 投入2013.10.26 101512.5 64537 0.87 投入2013.10.30 96987 55308 0.86 投入
COSφ—功率因数 P—有功功率 S—视在功率 Q—无功功率
从该所以上统计的2013年10月份日运行统计表可以看出:该所日最大用电有功在10月3日为107800千瓦,最大无功出现在10月26日,为64537千乏;最大功率因数为0.87,最小为0.85;该所装有补偿电容容量为400法拉的一组电容和三个容量分别为360千欧、410千欧、461千欧的电抗器,日常均处于投入运行状态。
核查该变电所供电区段10月份列车运行图,显示为10月3日货物列车增加了3趟;10月16日货物列车比平日少开两趟;当日有功数据大基本都是下行货物列车运行较多;10月18日该所供电区段内秦岭站机车单机折返较多等。
秦岭牵引变电所供电区段即供电臂处于高坡区段,该段列车牵引定数为3 000吨左右;列车在供电臂内运行时,下行为上坡、上行为下坡运行方式。列车在该区段运行时,每趟列车均设有补机,客车每列设一台补机,货物列车每列均有中补和后补机车连同本务机车三台机车同时牵引;下行列车到达秦岭站后停留,摘掉中补和后补机车,列车继续向风州方向开行;上行列车到达秦岭站后,加挂补机向宝鸡方向开行,在宝鸡东站或任家湾站摘掉补机。
通过以上统计表和列车运行资料可以看到,该所供电区段内列车牵引机车运行不但取流较大,而且牵引机车运行方式特别。(1)当机车运行在大坡道区段时,机车内的变压器、电动机等电磁装置磁通达到饱和状态或过饱和状态,且随坡度时大时小变化;(2)当下行列车补机机车运行至秦岭站后,需要摘掉整备,等待担当上行补机机车时,运行到达缓坡区段甚至到站后,机车上的磁场削弱,磁通量减少;(3)当机车重新启动时重新励磁,充磁达到饱和状态;(4)列车机车下坡运行时改用它励发电机方式运行时自励励磁等。这几种情况下,电力机车均需要吸收或释放无功电流,造成较大的无功电流在馈线和供电臂上往复流动。电力机车在该所供电区段运行时其电磁设备反复励磁、磁场在饱和与不饱和中反复变化,应是该所无功数值较大的主要原因。功率因数与牵引负荷的均衡度有关,负荷波动越大,功率因数越低。由于牵引负荷的波动性,无功补偿装置在空载或轻载时形成无功返送,但在负荷较大时,无功功率供应不足。还有机车固有功率因数低、牵引负荷不平衡、负荷波动变化大和计量方式不尽相同等因素造成秦岭变电所功率因数低。
3 建议和措施
改善功率因数问题,地方电网和电化管理者们曾有许多不同的方式,但对秦岭高坡区段要用针对性的解决方法。通过对秦岭牵引变电所统计数据和供电区段列车机车运行情况的分析,要提高该变电所功率因数,建议采用以下方式:(1)对秦岭电气化铁路高坡区段,优化现行列车机车运行方式,或许是举措之一。像秦岭变电所供电区段内的坡道区段,坡度较大,且坡道坡度时大时小,优化列车运行方式,保持牵引电力机车磁通量处于相对稳定状态;列车补机在秦岭站待闭时间缩短,减少机车释放无功电流;(2)加强机务段机车上补偿装置的使用管理,促使他们及时投入机车上的补偿装置,从而达到确保功率因数提高的目的;(3)在该所供电臂上多加装无功电源,即电容并联电抗器等装置,也可采用其它的无功电源装置;(4)增加馈线或并联线,提高该所供电臂末端电压。末端电压提高后,当机车运行在供电臂末端时,就减少了无功电流在牵引网上的穿梭。