鐵路10 k V長電纜線路電容電流補償策略分析

鄭小永

（朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司肅寧分公司，河北 滄州062350）

0 引言

電纜具有較大的相間及相對地電容，在正常和故障狀態(tài)下都有較大的電容電流流過線路，特別是輕載長電纜線路。電容電流的存在給線路安全正常運行帶來了一系列問題，因而對供電系統(tǒng)的電容電流進行補償也就成了必須采取的技術(shù)措施。在實際的鐵路10 k V線路運行中，必須加強補償效果，保證電力供應(yīng)的可靠性，降低設(shè)備的損耗，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，以提高供電質(zhì)量。

1 鐵路供電長電纜線路中電容電流問題

在鐵路供電系統(tǒng)中，由于各種因素的影響，電纜線路所占比例不斷提高。鐵路供電線路特別是自閉線路，由于一般只供給自動閉塞設(shè)備用電，從而長期處于輕載狀態(tài)。而輕載長電纜線路的電容電流會造成一系列問題，如末端電壓超過額定電壓，空載切除線路引起操作過電壓；電容電流增大，超出隔離開關(guān)分?jǐn)嗄芰Γ话l(fā)生單相接地故障時，接地電弧不易自行熄滅，易造成相間短路；電弧接地時正常相電壓升高，容易造成系統(tǒng)內(nèi)絕緣薄弱的設(shè)備損壞等，給電力系統(tǒng)自身和用電設(shè)備的運行都帶來了安全隱患。因此，要在日常維護中利用補償技術(shù)改善這一弊病，通常是采用電壓和電流補償?shù)姆绞絹韽浹a電容電流帶來的不穩(wěn)定影響。

2 電容電流補償問題理論分析

我們發(fā)現(xiàn)某鐵路貫通線在長期運行過程中存在著不同程度的間歇性弧光接地導(dǎo)致設(shè)備被燒毀的問題。因為在正常運行過程中有較大的電容電流，線路無法投入運行，即使變電所內(nèi)不投電容補償，依然會有過補償現(xiàn)象，增加了無功功率，影響了供電系統(tǒng)的正常運行。從理論角度分析，原因主要包括：

（1）單相金屬短路接地問題出現(xiàn)時，接地相電壓的數(shù)值用0來表示，非故障相線電壓為相電壓的倍，那么就不會有過電壓產(chǎn)生。但是往往出現(xiàn)的不是金屬性接地故障，比如，有破裂問題出現(xiàn)于針式絕緣子上，或者在電纜機械磨損的作用下，都會有高阻接地故障出現(xiàn)，并且伴有燃弧現(xiàn)象。因為10 k V電力線路屬于一種典型的小電流接地系統(tǒng)，短時間接地運行是允許的，那么故障相會對弧光接地現(xiàn)象的控制產(chǎn)生直接的影響，如電弧長短、風(fēng)的去離子作用、故障電流強度等。當(dāng)暫態(tài)振蕩電流經(jīng)過零點時出現(xiàn)了第一次熄弧，此時電壓達到了峰值，那么重燃電壓的上升速度和介質(zhì)絕緣強度的恢復(fù)速度就會直接影響到熄弧的成功與否。如果第一次熄弧失敗，就會有一系列的間歇性弧光接地出現(xiàn)。針對這種情況相關(guān)專家進行了研究，認(rèn)為是由于電纜長度過大，電容電流在5 A以上，需要使用相應(yīng)的電抗補償器。

（2）在供電系統(tǒng)正常運行的情況下，線路電容會升高線路末端電壓，影響到沿線設(shè)備的正常運行。如果線路帶有較輕的負荷，那么就會增加電容電流，導(dǎo)致變電所過補償問題的出現(xiàn)。即使不投入變電所電容補償器，產(chǎn)生的無功電流依然很大，消耗無功功率，對設(shè)備運行產(chǎn)生不利影響。

3 鐵路長電纜線路補償策略

目前，鐵路長電纜線路的補償策略是：結(jié)合沿線信號中繼站和箱式變電站，設(shè)置并聯(lián)電抗器作為基本補償，同時在兩端10 k V配電所集中設(shè)置動態(tài)無功補償裝置。在應(yīng)用中需要考慮線路的負荷率，基本思路就是按整個線路總?cè)菪詿o功功率的80%左右設(shè)置并聯(lián)電抗器，提供基本的感性無功補償容量，然后在兩端的10 k V配電所中設(shè)置相關(guān)的動態(tài)補償裝置，以此保證系統(tǒng)的安全可靠運行。而無功補償形式有很多種，包括SVG、TCR、MCR、分組投切等。在設(shè)計中已經(jīng)將SVG形式排除，所以在實際應(yīng)用中體現(xiàn)為3種形式，也就是分組投切電抗器、相控電抗器、磁閥式可控電抗器。

3．1 分組投切電抗器補償

在實際應(yīng)用中，分組投切電抗器的總?cè)萘吭O(shè)計為252 k W，其按照不同的容量分為3個組別，利用計算機進行控制，對貫通線、自閉饋線的基本信息進行采樣分析后，按功率因數(shù)形成優(yōu)化方案后，才利用真空接觸器控制電抗器進行投切，以達到對貫通線纜的容性電流進行補償?shù)男Ч?，補償后功率因數(shù)可達到0．91上下。分組投切裝置的動作與次序都可以利用計算機進行控制，不會出現(xiàn)振蕩情況。同時可以進行手動和自動兩種操作，設(shè)置為自動時，其功率因數(shù)可以設(shè)定，這樣保證了在一定范圍內(nèi)裝置動作準(zhǔn)確，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。

3．2 相控電抗器補償

應(yīng)用TCR也是一種補償方式，其可以自動跟蹤系統(tǒng)電壓和無功變化，從而動態(tài)化地進行補償，使得補償后功率因數(shù)達到一定的要求。如果功率因數(shù)絕對值大于設(shè)定值，動態(tài)補償則不投入或者退出；如果功率因數(shù)絕對值小于設(shè)定值，則系統(tǒng)會根據(jù)采集的實際電壓、無功情況等進行分析與計算，實現(xiàn)脈沖分配，進行自我動態(tài)化調(diào)節(jié)，平滑補償，直至功率因數(shù)達到設(shè)定的范圍，以滿足供電要求。如：針對高速鐵路供電系統(tǒng)的長電纜問題，可采用TCR型SVC提供動態(tài)平滑無功功率補償。

3．3 磁閥式可控電抗器補償

磁閥式可控電抗器的鐵芯分為兩部分，其截面都會呈現(xiàn)一定的可控磁飽和度，成為一個小截面段。4個匝數(shù)為N／2的線圈分別對稱地纏繞在兩個半鐵芯柱上，每邊半鐵芯柱上可以分為上下兩個繞組，各有一個抽頭，之間利用晶閘管進行連接。不同鐵芯的上下兩個繞組交叉連接，并連到 10 k V供電系統(tǒng)的無功補償柜上，形成一個補償控制裝置。磁閥式可控電抗器通過改變小截面磁飽和狀態(tài)來改變電抗器的容量，可以使每個繞組成為一個工作單元，有利于對損耗的控制，同時簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟性較好，可以在實際應(yīng)用中很好地補償鐵路10 k V貫通線、自閉饋線上所產(chǎn)生的容性無功，提高整個電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，限制過電壓對系統(tǒng)的影響。

磁閥式可控電抗器的優(yōu)勢是占地面積小，可降低電力系統(tǒng)建設(shè)中10 k V配電所占地面積及對環(huán)境的影響；損耗低，補償效果理想，且補償過程相對平滑，響應(yīng)速度快，可以更好地滿足鐵路系統(tǒng)對功率因數(shù)的要求，減少無功消耗和設(shè)備損耗，降低鐵路運行的成本。另外，由于磁閥式可控電抗器涉及的多數(shù)技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化，在采購和維護上可節(jié)約開支，因此，采用磁閥式可控電抗器進行補償還能減輕投資負擔(dān)。

4 結(jié)語

選擇合理而有效的10 k V系統(tǒng)電容電流補償措施對于鐵路運行是十分重要的，按照目前我國鐵路系統(tǒng)的供電情況，同時考慮到整個系統(tǒng)構(gòu)建的成本、維護等，應(yīng)當(dāng)選擇適應(yīng)性較強的補償技術(shù)，以提高鐵路供電系統(tǒng)中電容電流補償?shù)挠行?。因此，動態(tài)化補償策略是目前技術(shù)選擇和設(shè)備引入的首要選擇。本文簡要分析了鐵路10 k V長電纜線路電容電流補償策略，希望可以為相關(guān)人士提供一些有價值的參考意見。

［1］陳修延，戴謙，韓冬竹．新型固調(diào)式磁控電抗器在鐵路貫通電力線路中的應(yīng)用［J］．鐵道機車車輛，2012（5）：92～95

［2］王學(xué)明．并聯(lián)電抗器在長電纜電力貫通線電容電流補償中的應(yīng)用［J］．上海鐵道科技，2012（5）：122～123