某牵引变接入系统电能质量分析

2020-11-27张凯

建材发展导向 2020年11期

张凯

（甘肃同信电力设计有限公司，甘肃兰州 730030）

1 项目概述

朱家窑至中川线（以下简称朱中线）位于兰州新区和皋兰县境内，大致呈东西走向。本项目建成后向东经朱家窑衔接包兰线，向西经中马线连接兰新线，成为两大国铁干线的联络线。朱中线在黑石川站设置牵引变一座，即黑石川牵引变，容量为2×（12.5+12.5）MVA，其中一台运行、一台备用。接入电网方案：黑石川牵引变主供由徐家川变出1回110kV线路供电，新建线路导线采用LGJ-150，长度约8.5公里；备供就近“T”接东徐二线，“T”接点选在东徐二线89#塔附近，新建“T”接线路导线采用LGJ-150，长度约10公里。

2 电能质量分析

2.1 无功补偿

根据《国家电网公司电力系统电压质量和无功管理规定》，35kV以上供电的电力用户，在变压器最大负荷时，其高压侧功率因数不低于0.95，在任何情况下都不应向电网到送无功。根据中铁第一勘察设计院提供资料的相关资料，朱中铁路机车采用和谐系列电力机车，货运采用交流传动的HXD1C行机车，客运用采用交流传动的HXD1D行机车，功率因数高，牵引工况接近1。无功补偿计算时功率因数按0.99考虑。黑石川牵引变所内，设计安装了一台100KVA的所用变，主要为站内照明、空调以及采暖负荷供电，其中空调负荷约为18kw，采暖负荷约为45kW，事故排风机负荷约2kW，综合功率因数为0.96。

通过计算，在电压偏差+7%，牵引最大功率条件下：徐家川110kV母线电压为117.7kV，牵引变母线电压为117.5kV，流过线路潮流为12+j1.9，线路功率因数为0.987（徐家川侧）；当东台变供电时，东台变110kV母线电压为117.7kV，牵引变母线电压为117.1kV，流过线路潮流为12+j1.4，线路功率因数为0.993（东台侧）。

在电压偏差-3%，牵引最大功率条件下：徐家川110kV母线电压为106.7kV，牵引变母线电压为106.4kV，流过线路潮流为12+j2.1，线路功率因数为0.985（徐家川侧）；当东台变供电时，东台变110kV母线电压为106.7kV，牵引变母线电压为106kV，流过线路潮流为12+j1.7，线路功率因数为0.991（东台侧）。

通过无功补偿计算，正常运行方式下牵引变接入点出线侧功率因数均可维持在0.95以上，由于供电线路不长，线路充电功率基本可以忽略，接入点不会发生到送无功的现象。因此黑石川牵引变无需新上无功补偿设备。

2.2 三相不平衡度

根据《电能质量电压三相不平衡度》（GB15543-2008）规定，电网正常运行时，负序电压不平衡度不超过2%，短时不超过4%；接入公共连接点的用户，引起该节点负序电压不平衡度允许值为1.3%，短时不超过2.6%。

由于牵引变电所注入系统的基波负序电流，随着机车运行方式、牵引质量大小、所在位置以及机车运行速度等很多因素有关，在分析评估时，按两臂负荷电流最大，一臂负荷电流最大、另一臂负荷电流为零，以及一臂负荷电流最大、另一臂负荷电流为其1/2，，3种情况共5种方式计算注入系统公共连接点的负序（基波）电流。

由于牵引负荷多为冲击性负荷，因此三相电压不平衡度按短时允许值考虑，根据国家标准《电能质量电压三相不平衡度》（GB15543-2008）规定，接入公共点的用户，引起该节点正常电压短时不平衡度允许值为2.6%。牵引变电所的基波负序电流在P.C.C.引起的电压不平衡度计算结果如下：

1）a臂电流最大，b臂电流最大，注入P.C.C的电压不平衡度的短时最大值分别为1.62%，1.14%；2）a臂电流最大，b臂电流为0，注入P.C.C的电压不平衡度的短时最大值分别为1.67%，1.18%；3）a臂电流为0，b臂电流最大，注入注入P.C.C的电压不平衡度的短时最大值分别为1.4%，0.98%；4）a臂电流最大，b臂电流最大的1/2，注入P.C.C的电压不平衡度的短时最大值分别为1.45%，1.03%；5）a臂电流最大的1/2，b臂电流最大，注入P.C.C的电压不平衡度的短时最大值分别为1.38%，0.97%；

黑石川牵引变电所注入电网公共连接点的负序（基波）电流，产生的短时三相电压不平衡度的最大值，未超出国家标准《电能质量电压三相不平衡度》（GB15543-2008）规定的允许值，短时不超过2.6%。

由于电气化铁路负荷是单相、移动、幅值频繁剧烈变化的特殊负荷，这种负荷产生的负序电流也是快速波动的，它不仅与列车运行方式有关，还与电网运行方式有着密切关系，这里给出的仅是特定方式下的理论计算值。