鐵路10 k V長電纜線路電容電流補(bǔ)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(yùn)行帶來了一系列問題，因而對供電系統(tǒng)的電容電流進(jìn)行補(bǔ)償也就成了必須采取的技術(shù)措施。在實(shí)際的鐵路10 k V線路運(yùn)行中，必須加強(qiáng)補(bǔ)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(dòng)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(shí)，接地電弧不易自行熄滅，易造成相間短路；電弧接地時(shí)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(yùn)行都帶來了安全隱患。因此，要在日常維護(hù)中利用補(bǔ)償技術(shù)改善這一弊病，通常是采用電壓和電流補(bǔ)償?shù)姆绞絹韽浹a(bǔ)電容電流帶來的不穩(wěn)定影響。

2 電容電流補(bǔ)償問題理論分析

我們發(fā)現(xiàn)某鐵路貫通線在長期運(yùn)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?yàn)樵谡＿\(yùn)行過程中有較大的電容電流，線路無法投入運(yùn)行，即使變電所內(nèi)不投電容補(bǔ)償，依然會有過補(bǔ)償現(xiàn)象，增加了無功功率，影響了供電系統(tǒng)的正常運(yùn)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(shí)，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(jī)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?yàn)?0 k V電力線路屬于一種典型的小電流接地系統(tǒng)，短時(shí)間接地運(yùn)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(qiáng)度等。當(dāng)暫態(tài)振蕩電流經(jīng)過零點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)了第一次熄弧，此時(shí)電壓達(dá)到了峰值，那么重燃電壓的上升速度和介質(zhì)絕緣強(qiáng)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(jìn)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(bǔ)償器。

（2）在供電系統(tǒng)正常運(yùn)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(yùn)行。如果線路帶有較輕的負(fù)荷，那么就會增加電容電流，導(dǎo)致變電所過補(bǔ)償問題的出現(xiàn)。即使不投入變電所電容補(bǔ)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(yùn)行產(chǎn)生不利影響。

3 鐵路長電纜線路補(bǔ)償策略

目前，鐵路長電纜線路的補(bǔ)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(bǔ)償，同時(shí)在兩端10 k V配電所集中設(shè)置動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。在應(yīng)用中需要考慮線路的負(fù)荷率，基本思路就是按整個(gè)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(bǔ)償容量，然后在兩端的10 k V配電所中設(shè)置相關(guān)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，以此保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。而無功補(bǔ)償形式有很多種，包括SVG、TCR、MCR、分組投切等。在設(shè)計(jì)中已經(jīng)將SVG形式排除，所以在實(shí)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(bǔ)償

在實(shí)際應(yīng)用中，分組投切電抗器的總?cè)萘吭O(shè)計(jì)為252 k W，其按照不同的容量分為3個(gè)組別，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，對貫通線、自閉饋線的基本信息進(jìn)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(jìn)行投切，以達(dá)到對貫通線纜的容性電流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)男Чa(bǔ)償后功率因數(shù)可達(dá)到0．91上下。分組投切裝置的動(dòng)作與次序都可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，不會出現(xiàn)振蕩情況。同時(shí)可以進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作，設(shè)置為自動(dòng)時(shí)，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(dòng)作準(zhǔn)確，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。

3．2 相控電抗器補(bǔ)償

應(yīng)用TCR也是一種補(bǔ)償方式，其可以自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)電壓和無功變化，從而動(dòng)態(tài)化地進(jìn)行補(bǔ)償，使得補(bǔ)償后功率因數(shù)達(dá)到一定的要求。如果功率因數(shù)絕對值大于設(shè)定值，動(dòng)態(tài)補(bǔ)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(shí)際電壓、無功情況等進(jìn)行分析與計(jì)算，實(shí)現(xiàn)脈沖分配，進(jìn)行自我動(dòng)態(tài)化調(diào)節(jié)，平滑補(bǔ)償，直至功率因數(shù)達(dá)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(dòng)態(tài)平滑無功功率補(bǔ)償。

3．3 磁閥式可控電抗器補(bǔ)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(gè)小截面段。4個(gè)匝數(shù)為N／2的線圈分別對稱地纏繞在兩個(gè)半鐵芯柱上，每邊半鐵芯柱上可以分為上下兩個(gè)繞組，各有一個(gè)抽頭，之間利用晶閘管進(jìn)行連接。不同鐵芯的上下兩個(gè)繞組交叉連接，并連到 10 k V供電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償柜上，形成一個(gè)補(bǔ)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(gè)繞組成為一個(gè)工作單元，有利于對損耗的控制，同時(shí)簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)性較好，可以在實(shí)際應(yīng)用中很好地補(bǔ)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(gè)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(bǔ)償效果理想，且補(bǔ)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(yùn)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(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，在采購和維護(hù)上可節(jié)約開支，因此，采用磁閥式可控電抗器進(jìn)行補(bǔ)償還能減輕投資負(fù)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(bǔ)償措施對于鐵路運(yùn)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(shí)考慮到整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)建的成本、維護(hù)等，應(yīng)當(dāng)選擇適應(yīng)性較強(qiáng)的補(bǔ)償技術(shù)，以提高鐵路供電系統(tǒng)中電容電流補(bǔ)償?shù)挠行浴Ｒ虼耍瑒?dòng)態(tài)化補(bǔ)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(bǔ)償策略，希望可以為相關(guān)人士提供一些有價(jià)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(jī)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(bǔ)償中的應(yīng)用［J］．上海鐵道科技，2012（5）：122～123