秦嶺牽引變電所功率因數問題分析

蘇普江

（西安鐵路局調度所，陜西 西安 710054）

1 問題提出

秦嶺牽引變電所地處秦嶺之巔，位于寶成鐵路卡脖子段的寶雞至風州區段中間位置，距寶雞四十五千米。寶風段電氣化鐵路是我國于1961年開通運營的最早的電氣化鐵路，其中的任家灣至秦嶺段不僅基本處于隧道區段，而且是高坡道區段，線路坡度在千分之二十以上的占百分之八十以上，最大坡度為百分之三十三。秦嶺牽引變電所的供電臂都在這個區段。目前該所為兩臺4萬千伏安的變壓器、兩臺運行一臺備用方式。運行三十多年來，秦嶺牽引變電所全部的變壓器、斷路器、流互、壓互及補償裝置等幾經改造，目前基本處于滿足牽引負荷的穩定運行狀態。但長期以來，該所主變運行功率因數低下，處于0.86左右。功率因數低會導致電壓質量差并造成很大的網損，這一概念已為人所共知。實際上負荷功率因數下降的危害遠不止于此，它會降低輸電網的傳輸能力，從而引起變電站的穩定性下降，在重載情況下甚至導致變電站電壓崩潰。

2 問題分析

針對該變電所功率因數低的問題，相關管理部門也多次進行研究討論，并采取在所內增加無功補償裝置，饋線始端加裝串電容以提高饋線末端電壓等方式，但功率因數提高不理想，目前仍保持在0.87左右。下面是采集的該變電所2013年10月份的日運行的有功、無功和功率因數統計表。

日期 有功（千瓦） 無功（千乏） 功率因數 動補電容2013.10.1 99550 59400 0.86 投入2013.10.2 103950 59950 0.87 投入2013.10.3 107800 62700 0.86 投入2013.10.21 92136 54048.5 0.86 投入2013.10.26 101512.5 64537 0.87 投入2013.10.30 96987 55308 0.86 投入

COSφ—功率因數 P—有功功率 S—視在功率 Q—無功功率

從該所以上統計的2013年10月份日運行統計表可以看出：該所日最大用電有功在10月3日為107800千瓦，最大無功出現在10月26日，為64537千乏；最大功率因數為0.87，最小為0.85；該所裝有補償電容容量為400法拉的一組電容和三個容量分別為360千歐、410千歐、461千歐的電抗器，日常均處于投入運行狀態。

核查該變電所供電區段10月份列車運行圖，顯示為10月3日貨物列車增加了3趟；10月16日貨物列車比平日少開兩趟；當日有功數據大基本都是下行貨物列車運行較多；10月18日該所供電區段內秦嶺站機車單機折返較多等。

秦嶺牽引變電所供電區段即供電臂處于高坡區段，該段列車牽引定數為3 000噸左右；列車在供電臂內運行時，下行為上坡、上行為下坡運行方式。列車在該區段運行時，每趟列車均設有補機，客車每列設一臺補機，貨物列車每列均有中補和后補機車連同本務機車三臺機車同時牽引；下行列車到達秦嶺站后停留，摘掉中補和后補機車，列車繼續向風州方向開行；上行列車到達秦嶺站后，加掛補機向寶雞方向開行，在寶雞東站或任家灣站摘掉補機。

通過以上統計表和列車運行資料可以看到，該所供電區段內列車牽引機車運行不但取流較大，而且牽引機車運行方式特別。（1）當機車運行在大坡道區段時，機車內的變壓器、電動機等電磁裝置磁通達到飽和狀態或過飽和狀態，且隨坡度時大時小變化；（2）當下行列車補機機車運行至秦嶺站后，需要摘掉整備，等待擔當上行補機機車時，運行到達緩坡區段甚至到站后，機車上的磁場削弱，磁通量減少；（3）當機車重新啟動時重新勵磁，充磁達到飽和狀態；（4）列車機車下坡運行時改用它勵發電機方式運行時自勵勵磁等。這幾種情況下，電力機車均需要吸收或釋放無功電流，造成較大的無功電流在饋線和供電臂上往復流動。電力機車在該所供電區段運行時其電磁設備反復勵磁、磁場在飽和與不飽和中反復變化，應是該所無功數值較大的主要原因。功率因數與牽引負荷的均衡度有關，負荷波動越大，功率因數越低。由于牽引負荷的波動性，無功補償裝置在空載或輕載時形成無功返送，但在負荷較大時，無功功率供應不足。還有機車固有功率因數低、牽引負荷不平衡、負荷波動變化大和計量方式不盡相同等因素造成秦嶺變電所功率因數低。

3 建議和措施

改善功率因數問題，地方電網和電化管理者們曾有許多不同的方式，但對秦嶺高坡區段要用針對性的解決方法。通過對秦嶺牽引變電所統計數據和供電區段列車機車運行情況的分析，要提高該變電所功率因數，建議采用以下方式：（1）對秦嶺電氣化鐵路高坡區段，優化現行列車機車運行方式，或許是舉措之一。像秦嶺變電所供電區段內的坡道區段，坡度較大，且坡道坡度時大時小，優化列車運行方式，保持牽引電力機車磁通量處于相對穩定狀態；列車補機在秦嶺站待閉時間縮短，減少機車釋放無功電流；（2）加強機務段機車上補償裝置的使用管理，促使他們及時投入機車上的補償裝置，從而達到確保功率因數提高的目的；（3）在該所供電臂上多加裝無功電源，即電容并聯電抗器等裝置，也可采用其它的無功電源裝置；（4）增加饋線或并聯線，提高該所供電臂末端電壓。末端電壓提高后，當機車運行在供電臂末端時，就減少了無功電流在牽引網上的穿梭。