郑济高铁1OkV贯通线路补偿方案的研究

金淼 刘宝轩 杨开微

摘要：近年来长电缆线路在铁路贯通线的应用越来越普遍，因贯通线路会产生较大的容性电流，使得电缆贯通线路的系统接地方式及无功补偿方案成为电力工程设计中的一个关键技术难点。本文结合郑济铁路的设计情况进行研究，为今后工程设计提供高效计算工具。

关键词：客运专线；贯通线；电容电流；补偿

中图分类号：TM76

文献标识码：A

文章编号：2095-6487 （2018） 01-0076-03

0 引言

随着高速铁路在我国的大规模建设，高速铁路10kV电力供电系统逐渐成熟，形成了一套完整的高铁电力供电系统。

高速铁路10kV电力供电系统一般每40～60km设一座lOkV配电所，配电所设调压器为区间供电，调压器中性点经小电阻设备接地。区间沿铁路两侧各敷设一回10kV全电缆贯通线路，铁路区间设箱式变电站或室内变电所给沿线用电负荷供电。

10kV电缆贯通线路采用单芯铜芯非磁性铠装电缆，按“品”字形敷设。单芯电缆制造长度比三芯电缆长，有助于降低电缆中间接头数量，减少故障点，但电缆有很大的容性效应问题，与架空线相比，电缆线路的相线对地及相间电容电流是架空线的几十倍乃至更高。因此经调压器供电的10kV电缆贯通线路，需要综合考虑各方面因素，合理选择10kV供电系统电容电流补偿方案，从而保证电力供电可靠、并减少正常运行时线路及设备的损耗、提高系统的功率因数，改善供电质量[1-3]。

1 贯通线路电缆电容电流计算

高速铁路区间lOkV贯通线路经调压器供电系统。

1.1 单芯电缆的电容

高速铁路客运专线单芯电缆按“品”字型布置时，其结构图如图1所示。其中每芯对金属护层的电容为Cv（F/km），芯与芯之间的电容为Cy（F/Km）[4]，则每一芯对中性点的电容为C=Cy+3Cr（F/km）。

1.2电缆线路正常运行时的电容电流

正常情况的电容电流分布如图2所示。正常运行时电容电流按下式计算

1.3 中性点不接地系统单相接地时电容电流

电缆线路发生单相接地故障，系统内接地相与大地等电位，对地电容电流为零。此时三相间的线电压仍然对称，对负荷供电没有影响，系统内其他两项对地电压升高为线电压，等于相电压的√3倍，对系统的绝缘造成影响。只有非故障相的线路与设备上流有零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，实际方向为母线流向线路；在故障线路上，零序电流为全系统非故障线路与设备对地电容电流向量和，即调压器后母线上所有回路三相对地不平衡电容电流入故障点的电流之和，方向由线路流向母线[5]。

电缆线路发生单相金属性接地时的电容电流分布如图3所示。

单相接地时电容电流按下式计算

2 贯通线路供电系统补偿方式的研究

2.1 贯通线路供电系统模型

郑济高铁lOkV贯通线路供电系统的构成，郑济高铁贯通线路供电经调压器供电，区间设备环网接线形式，一级贯通电缆采用YJV62-70型单芯电缆，综合贯通电缆采用YJV62-95型单芯电缆，铁路区间补偿电抗器结合信号中继站设置，系统模型如图4所示。

2.2贯通线的补偿方案研究

在配电所集中补偿方式，当补偿装置故障或检修退出运行时，贯通线路电缆的容性电流会引起调压器过载，并使整个10kV供电系统功率因数降低产生利率电费。如果仅采用分散补偿方式，发生补偿设备故障退出运行时（往往不能很快修复），依然会在一段时间内发生调压器过载和功率因数降低的情况。因此在郑济铁路的设计中采用了配电所集中补偿与区间分散补偿结合的系统无功补偿方案[6]。

2.3 区间贯通线的固定补偿方案的计算

结合铁路区间信号中继站的位置，每12 km左右设一处固定电抗器。根据《铁路电力设计手册》铁路区间最佳无功补偿度取75%。根据（1）～（6）式及下面的计算可以得如下结果：

Xi一一每座电抗器容量容量（kvar）；

XL——区间补偿后剩余线路无功容量（kvar）。

根据以上计算结果，结合实际固定式电抗器的规格76 kvar、96 kvar、108 kvar、125 kvar、144kvar.选择固定式电抗器方案。

2.4配电所的补偿方案的计算

铁路lOkV电力供电系统区间各配电所一般采用单方向供电，在相邻所检修或故障状态情况下，采用两个方向供电。根据郑济客专电力供电系统图，计算当配电所向两个方向正常供时的电容电流（公式2），以及当采用中性点不接地情况下发生单相接地故障时故障电流（公式6）。

由以上计算结果以及郑济客专线路形式得出：（1）根据《铁路电力设计规范》设计要求，当系统单相接地故障电容电流不大于150A时，中性点可采用低电阻接地方式或消弧线圈接地方式；当系统单相接地故障电容电流大于150A时，宜采用低电阻接地方式。郑济铁路各配电所贯通线路供电系统当采用中性点不接地方式时，单相接地故障电流接近或超过了150A。本线设计符合规范要求[7]。 （2）计算得出的在调压器向两端供电时的需要补偿的最大无功容量，考虑到一个配电所的供电臂上一台固定电抗器125kvar故障情况下，系统依旧能达到0. 95以上的功率因数，因此选择400kvar的动态补偿装置。

3 结束语

以上为本人在高速铁路设计工作中，结合项目实践，总结出的关于高速铁路电力供电系统无功补偿设置问题的一点见解，希望对同行人的工作有所帮助。

参考文献

[1] 铁路电力设计规范，TB10008-2015

[2]铁路电力手册[M].北京：中国铁道出版社，1991.

[3] 高速鐵路设计规范，TB10621-2014

[4] 罗思衷.合蚌客运专线10kV单芯电缆设计中若干问题的探讨[J].高速铁路技术，2010 （4）：37-41.

[5] 陈世民，客运专线10kV贯通线路接地方式及补偿方案的研究[J].铁道标准设计，2011 （8）：122-125.

[6]颜秋容，刘欣，王学锋，等.铁路10kV电缆贯通线电容电流补偿度研究[J].铁道学报，2006 （2）：85-88

[7] 张凉永.高速铁路全电缆电力贯通线的电容电流及其容性无功补偿分析[J].高速铁路技术，2015 （1）：27-31+37.