某牽引變接入系統(tǒng)電能質(zhì)量分析

張 凱

（甘肅同信電力設(shè)計(jì)有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 項(xiàng)目概述

朱家窯至中川線（以下簡(jiǎn)稱朱中線）位于蘭州新區(qū)和皋蘭縣境內(nèi)，大致呈東西走向。本項(xiàng)目建成后向東經(jīng)朱家窯銜接包蘭線，向西經(jīng)中馬線連接蘭新線，成為兩大國(guó)鐵干線的聯(lián)絡(luò)線。朱中線在黑石川站設(shè)置牽引變一座，即黑石川牽引變，容量為2×（12.5+12.5）MVA，其中一臺(tái)運(yùn)行、一臺(tái)備用。接入電網(wǎng)方案：黑石川牽引變主供由徐家川變出1回110kV線路供電，新建線路導(dǎo)線采用LGJ-150，長(zhǎng)度約8.5公里；備供就近“T”接?xùn)|徐二線，“T”接點(diǎn)選在東徐二線89#塔附近，新建“T”接線路導(dǎo)線采用LGJ-150，長(zhǎng)度約10公里。

2 電能質(zhì)量分析

2.1 無功補(bǔ)償

根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無功管理規(guī)定》，35kV以上供電的電力用戶，在變壓器最大負(fù)荷時(shí)，其高壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.95，在任何情況下都不應(yīng)向電網(wǎng)到送無功。根據(jù)中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院提供資料的相關(guān)資料，朱中鐵路機(jī)車采用和諧系列電力機(jī)車，貨運(yùn)采用交流傳動(dòng)的HXD1C行機(jī)車，客運(yùn)用采用交流傳動(dòng)的HXD1D行機(jī)車，功率因數(shù)高，牽引工況接近1。無功補(bǔ)償計(jì)算時(shí)功率因數(shù)按0.99考慮。黑石川牽引變所內(nèi)，設(shè)計(jì)安裝了一臺(tái)100KVA的所用變，主要為站內(nèi)照明、空調(diào)以及采暖負(fù)荷供電，其中空調(diào)負(fù)荷約為18kw，采暖負(fù)荷約為45kW，事故排風(fēng)機(jī)負(fù)荷約2kW，綜合功率因數(shù)為0.96。

通過計(jì)算，在電壓偏差+7%，牽引最大功率條件下：徐家川110kV母線電壓為117.7kV，牽引變母線電壓為117.5kV，流過線路潮流為12+j1.9，線路功率因數(shù)為0.987（徐家川側(cè)）；當(dāng)東臺(tái)變供電時(shí)，東臺(tái)變110kV母線電壓為117.7kV，牽引變母線電壓為117.1kV，流過線路潮流為12+j1.4，線路功率因數(shù)為0.993（東臺(tái)側(cè)）。

在電壓偏差-3%，牽引最大功率條件下：徐家川110kV母線電壓為106.7kV，牽引變母線電壓為106.4kV，流過線路潮流為12+j2.1，線路功率因數(shù)為0.985（徐家川側(cè)）；當(dāng)東臺(tái)變供電時(shí)，東臺(tái)變110kV母線電壓為106.7kV，牽引變母線電壓為106kV，流過線路潮流為12+j1.7，線路功率因數(shù)為0.991（東臺(tái)側(cè)）。

通過無功補(bǔ)償計(jì)算，正常運(yùn)行方式下牽引變接入點(diǎn)出線側(cè)功率因數(shù)均可維持在0.95以上，由于供電線路不長(zhǎng)，線路充電功率基本可以忽略，接入點(diǎn)不會(huì)發(fā)生到送無功的現(xiàn)象。因此黑石川牽引變無需新上無功補(bǔ)償設(shè)備。

2.2 三相不平衡度

根據(jù)《電能質(zhì)量電壓三相不平衡度》（GB15543-2008）規(guī)定，電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電壓不平衡度不超過2%，短時(shí)不超過4%；接入公共連接點(diǎn)的用戶，引起該節(jié)點(diǎn)負(fù)序電壓不平衡度允許值為1.3%，短時(shí)不超過2.6%。

由于牽引變電所注入系統(tǒng)的基波負(fù)序電流，隨著機(jī)車運(yùn)行方式、牽引質(zhì)量大小、所在位置以及機(jī)車運(yùn)行速度等很多因素有關(guān)，在分析評(píng)估時(shí)，按兩臂負(fù)荷電流最大，一臂負(fù)荷電流最大、另一臂負(fù)荷電流為零，以及一臂負(fù)荷電流最大、另一臂負(fù)荷電流為其1/2，，3種情況共5種方式計(jì)算注入系統(tǒng)公共連接點(diǎn)的負(fù)序（基波）電流。

由于牽引負(fù)荷多為沖擊性負(fù)荷，因此三相電壓不平衡度按短時(shí)允許值考慮，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量電壓三相不平衡度》（GB15543-2008）規(guī)定，接入公共點(diǎn)的用戶，引起該節(jié)點(diǎn)正常電壓短時(shí)不平衡度允許值為2.6%。牽引變電所的基波負(fù)序電流在P.C.C.引起的電壓不平衡度計(jì)算結(jié)果如下：

1）a臂電流最大，b臂電流最大，注入P.C.C的電壓不平衡度的短時(shí)最大值分別為1.62%，1.14%；2）a臂電流最大，b臂電流為0，注入P.C.C的電壓不平衡度的短時(shí)最大值分別為1.67%，1.18%；3）a臂電流為0，b臂電流最大，注入注入P.C.C的電壓不平衡度的短時(shí)最大值分別為1.4%，0.98%；4）a臂電流最大，b臂電流最大的1/2，注入P.C.C的電壓不平衡度的短時(shí)最大值分別為1.45%，1.03%；5）a臂電流最大的1/2，b臂電流最大，注入P.C.C的電壓不平衡度的短時(shí)最大值分別為1.38%，0.97%；

黑石川牽引變電所注入電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的負(fù)序（基波）電流，產(chǎn)生的短時(shí)三相電壓不平衡度的最大值，未超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量電壓三相不平衡度》 （GB15543-2008）規(guī)定的允許值，短時(shí)不超過2.6%。

由于電氣化鐵路負(fù)荷是單相、移動(dòng)、幅值頻繁劇烈變化的特殊負(fù)荷，這種負(fù)荷產(chǎn)生的負(fù)序電流也是快速波動(dòng)的，它不僅與列車運(yùn)行方式有關(guān)，還與電網(wǎng)運(yùn)行方式有著密切關(guān)系，這里給出的僅是特定方式下的理論計(jì)算值。

3 結(jié)語

黑石川牽引變接入電網(wǎng)后，通過對(duì)無功補(bǔ)償，和牽引變兩供電臂5種運(yùn)行工況的組合計(jì)算，得出：和諧號(hào)電力機(jī)車自身功率因數(shù)較高，無功消耗很小，無需在牽引變內(nèi)再上無功補(bǔ)償裝置。黑石川牽引變電所注入電網(wǎng)的負(fù)序（基波）電流，在P.C.C.母線產(chǎn)生的三相電壓不平衡度的短時(shí)最大值，均未超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。