某牽引變接入系統電能質量分析

張 凱

（甘肅同信電力設計有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 項目概述

朱家窯至中川線（以下簡稱朱中線）位于蘭州新區和皋蘭縣境內，大致呈東西走向。本項目建成后向東經朱家窯銜接包蘭線，向西經中馬線連接蘭新線，成為兩大國鐵干線的聯絡線。朱中線在黑石川站設置牽引變一座，即黑石川牽引變，容量為2×（12.5+12.5）MVA，其中一臺運行、一臺備用。接入電網方案：黑石川牽引變主供由徐家川變出1回110kV線路供電，新建線路導線采用LGJ-150，長度約8.5公里；備供就近“T”接東徐二線，“T”接點選在東徐二線89#塔附近，新建“T”接線路導線采用LGJ-150，長度約10公里。

2 電能質量分析

2.1 無功補償

根據《國家電網公司電力系統電壓質量和無功管理規定》，35kV以上供電的電力用戶，在變壓器最大負荷時，其高壓側功率因數不低于0.95，在任何情況下都不應向電網到送無功。根據中鐵第一勘察設計院提供資料的相關資料，朱中鐵路機車采用和諧系列電力機車，貨運采用交流傳動的HXD1C行機車，客運用采用交流傳動的HXD1D行機車，功率因數高，牽引工況接近1。無功補償計算時功率因數按0.99考慮。黑石川牽引變所內，設計安裝了一臺100KVA的所用變，主要為站內照明、空調以及采暖負荷供電，其中空調負荷約為18kw，采暖負荷約為45kW，事故排風機負荷約2kW，綜合功率因數為0.96。

通過計算，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，線路功率因數為0.987（徐家川側）；當東臺變供電時，東臺變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，線路功率因數為0.993（東臺側）。

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，線路功率因數為0.985（徐家川側）；當東臺變供電時，東臺變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，線路功率因數為0.991（東臺側）。

通過無功補償計算，正常運行方式下牽引變接入點出線側功率因數均可維持在0.95以上，由于供電線路不長，線路充電功率基本可以忽略，接入點不會發生到送無功的現象。因此黑石川牽引變無需新上無功補償設備。

2.2 三相不平衡度

根據《電能質量電壓三相不平衡度》（GB15543-2008）規定，電網正常運行時，負序電壓不平衡度不超過2%，短時不超過4%；接入公共連接點的用戶，引起該節點負序電壓不平衡度允許值為1.3%，短時不超過2.6%。

由于牽引變電所注入系統的基波負序電流，隨著機車運行方式、牽引質量大小、所在位置以及機車運行速度等很多因素有關，在分析評估時，按兩臂負荷電流最大，一臂負荷電流最大、另一臂負荷電流為零，以及一臂負荷電流最大、另一臂負荷電流為其1/2，，3種情況共5種方式計算注入系統公共連接點的負序（基波）電流。

由于牽引負荷多為沖擊性負荷，因此三相電壓不平衡度按短時允許值考慮，根據國家標準《電能質量電壓三相不平衡度》（GB15543-2008）規定，接入公共點的用戶，引起該節點正常電壓短時不平衡度允許值為2.6%。牽引變電所的基波負序電流在P.C.C.引起的電壓不平衡度計算結果如下：

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最大值分別為1.38%，0.97%；

黑石川牽引變電所注入電網公共連接點的負序（基波）電流，產生的短時三相電壓不平衡度的最大值，未超出國家標準《電能質量電壓三相不平衡度》 （GB15543-2008）規定的允許值，短時不超過2.6%。

由于電氣化鐵路負荷是單相、移動、幅值頻繁劇烈變化的特殊負荷，這種負荷產生的負序電流也是快速波動的，它不僅與列車運行方式有關，還與電網運行方式有著密切關系，這里給出的僅是特定方式下的理論計算值。

3 結語

黑石川牽引變接入電網后，通過對無功補償，和牽引變兩供電臂5種運行工況的組合計算，得出：和諧號電力機車自身功率因數較高，無功消耗很小，無需在牽引變內再上無功補償裝置。黑石川牽引變電所注入電網的負序（基波）電流，在P.C.C.母線產生的三相電壓不平衡度的短時最大值，均未超出國家標準。