多線合用牽引變電所電能質(zhì)量實測分析

1、概況 合肥至蚌埠客運專線(以下簡稱合蚌客專)由京滬高鐵蚌埠南站引出,終于合肥樞紐合肥站,與水蚌線、淮南線、商合杭高鐵、合福鐵路等多條鐵路或交叉或并行,牽引供電系統(tǒng)采用AT供電方式,新建劉府、水家湖、邵崗3座牽引變電所。合蚌客專線路及牽引變電所分布示意圖如圖1所示。 圖1線路及牽引變電所分布示意圖 合蚌客專線路情況復雜,電力機車類型多,AT供電方式和直接供電方式并存,給理論分析帶來困難,因此本文對合蚌客專牽引變電所220kV側(cè)三相電壓、電流和27．5kV母線電壓和電流以及饋線電流等實時運行數(shù)據(jù)進行了采集,并基于實測數(shù)據(jù)對牽引變電所功率因數(shù)、三相電壓不平衡和諧波等電能質(zhì)量問題進行了分析。 功率因數(shù) 2.1功率因數(shù)影響因素 牽引變電所功率因數(shù)主要受三個方面影響。 (1)交直型電力機車。交直型電力機車(如SS系列)功率因數(shù)在0．8左右,交直交型電力機車(如和諧號、復興號、HXD等)功率因數(shù)在0．97以上。目前,交直型電力機車僅在部分普速電氣化鐵路中運行,交直交型電力機車所占比例越來越高,相關的文獻分析結(jié)果表明,在兩種電力機車混跑的線路中,交直型電力機車所占比例達到22．9％時,牽引變電所的功率因數(shù)降到0．9。 (2)分布式容性電流。接觸網(wǎng)為長距離輸電線路,會產(chǎn)生分布式容性電流。以一個雙線電氣化鐵路牽引變電所為例,若變電所有4回AT饋線,供電臂長度為25km,架空接觸網(wǎng)單位電容電流參照35kV線路為0．18A/km,則變電所27．5kV側(cè)電容電流為0．18×25×4＝18A,折算到220kV側(cè)為4．5A,產(chǎn)生的無功功率為1714kvar. 雖然架空線路產(chǎn)生的無功功率相對于機車功率小,但是當線路上開行的列車對數(shù)少,線路空載率過高時,牽引變電所全天功率因數(shù)會降低。 (3)無功功率計量方式。牽引變電所全天功率因數(shù)可分為“返送反計”“返送不計”“返送正計”三種計量方式。 “返送反計”計量方式的計算公式為: cosφ＝ “返送不計”計量方式的計算公式為: cosφ＝ “返送正計”計量方式的計算公式為: cosφ＝ 式中,P為有功功率;QL為感性無功功率;功功率。 (1) (2) (3) QC為容性無 由式(1)~(3)可以看出,3種牽引變電所功率因數(shù)計算方式差異較大,“返送正計”方式功率因數(shù)*低。 2.2實測數(shù)據(jù)分析 合蚌客專3座牽引變電所功率因數(shù)的實測值如圖2~4所示。由于牽引變電所供電線路的機車均為交直交型電力機車,牽引變電所功率因數(shù)保持在較高的水平,實測值也可以反映這一點,其中功率因數(shù)為負值對應的時刻是機車在運行過程中的再生制動工況。 圖2劉府牽引變電所功率因數(shù)實測值 圖3水家湖牽引變電所功率因數(shù)實測值 圖4邵崗牽引變電所功率因數(shù)實測值 3座牽引變電所全天功率因數(shù)統(tǒng)計見表1,在“返送反計”“返送不計”方式下,3座牽引變電所功率因數(shù)都達 由圖2~4可以看出,劉府牽引變電所存在較長時間的線路空載情況,而水家湖和邵崗牽引變電所幾乎不存在空載情況,這是由于水蚌線還未開通,劉府牽引變電所目前只為合蚌客專一條鐵路供電,而水家湖和邵崗牽引變電所則同時為3條鐵路供電。從表1可知,受空載線路分布式容性電流影響,劉府牽引變電所功率因數(shù)小于其他2座變電所。 表1牽引變電所全天功率因數(shù) 計量方式 劉府牽引變電所 水家湖牽引變電所 邵崗牽引變電所 返送反計 0．9914 0．9965 0．9927 返送不計 0．9141 0．9721 0．9746 返送正計 0．7002 0．8699 0．8648 三相電壓不平衡 3.1牽引變電所負序影響分析 牽引變電所采用V/X牽引變壓器,其原理如圖5所示,高壓側(cè)接入電力系統(tǒng)220kV三相電源,二次側(cè)設2臺單相變壓器,分別為變電所α和β兩側(cè)供電臂供電,其中每個單相變壓器設有T和F繞組,二次側(cè)Tα、Tβ之間,Fα、Fβ之間電壓相位相差60°。 圖5VX接線變壓器原理圖 通過分析一次側(cè)電流與二次側(cè)負載電流關系,并采用對稱分量法對一次側(cè)三相電流進行分解,可得負序電流 為： (4)式中,k為變壓器一次側(cè)和二次側(cè)繞組匝數(shù)比,對于220/2×27．5kV變壓器,k＝8。 根據(jù)GB/T15543－2008,電壓不平衡度為:3。I2。ULεU2＝Sk×100％(5)由式(5)可知,牽引變電所電壓不平衡度受負序電流I2和接入點的系統(tǒng)短路容量Sk影響。根據(jù)式(4),負序電流I2與變電所兩側(cè)負荷電流有關。系統(tǒng)短路容量Sk則由電力系統(tǒng)決定。 3.2實測數(shù)據(jù)分析 通過測量變電所220kV側(cè)三相電壓的幅值和相位,用對稱分量法分別求出正序分量、負序分量,然后計算出負序電壓不平衡度,將獲得的24h數(shù)據(jù)繪制成電壓不平衡度曲線,如圖6~8所示,其95％概率較大值和較大值見表2。根據(jù)GB/T15543－2008?電能質(zhì)量三相電壓不平衡?規(guī)定,接于公共連接點的每個用戶引起的該點負序電壓不平衡度允許值一般為1．3％,短時不超過2．6％。因此牽引變電所三相電壓不平衡度滿足規(guī)范要求。 參考文獻 [1]劉華,馮金博．牽引網(wǎng)分布電容對牽引變電所功率因數(shù)的影響[J]．建筑工程技術(shù)與設計,2014(2):581G582． [2]陳飛．新建時速200km客貨共線鐵路綜合功率因數(shù)計算[J]．鐵道工程學報,2007(4):65G68． [3]方策,吳命利．京滬高鐵周立營牽引變電所電能質(zhì)量治理測試分析[J]．電氣技術(shù),2017(12):71G75． [4]黃建平．合蚌客專牽引變壓器選型[J]．山西電力,2017(1):68G72． [5]寧玉琳,陳國慶,閆紅宇．城際鐵路牽引變電所無功功率補償研究與應用[J]．電氣化鐵道,2016(4):40G42． [6]趙曉琳．不同接線牽引變壓器負序特性及補償方案研究[D]．北京:北京交通大學,2014． [7]余新才,彭昌勇,施通勤,等．CRH2型電力機車建模與諧波電流分析[J]．武漢大學學報(工學版),2012,45(1):107G110． [8]李欣．CRH380A型高速動車組諧波特性分析與建模[D]．成都:西南交通大學,2016． [9]邵洋．樞紐牽引供電系統(tǒng)諧振與諧波特性分析及治理研究[D]． [10]黃建平.多線合用牽引變電所電能質(zhì)量實測分析 [11]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用設計,2019,11版。

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