哈大線牽引變電所無功補償方案和典型故障處理

陳鳳維

摘 要：由于牽引供電系統自身的原因，其產生的無功相當嚴重，而電力部門對功率因數又相當重視，對功率因數偏低的用戶實行罰款。為此必須采取措施提高功率因數使之持續穩定地保持在0.9以上，提高有功功率，充分運用電能，減少損失，減少電氣線路和變壓設備的負擔，提高電氣線路和變壓設備的利用率，降低電氣線路的發熱量。

本文針對我國哈大線的情況，著重介紹了哈大線上的牽引變電所采取的無功補償方案，介紹了RVS-RVK功率因素控制器的常見故障和典型故障的處理。

關鍵詞：無功補償 功率因數 牽引變電所

中圖分類號： U224 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（b）-0064-02

Abstract：Since The traction power supply system ， it can bring great negative power，while electric power department pay much attention to that，they will punish the bad one whose factor is low，so it must be take action to keep the factor 0.9 or more.To improve positive power，make the most use of energy，reduce expense ，reduce the press from the electric line and transformation eqyipment，make better use of the electrc line and transformation，reduce the heat from the electric line.

This paper about the situation of HADA-line， and focus on the HADA-line traction substation to the reactive compensation package， introduced the RVS-RVK power factor controller to use.

Keywords： reactive power compensation power factor traction substation

哈大線北起哈爾濱，南到大連，途經長春、四平、沈陽、鞍山等108個城市，全長946.5公里，并同沈山、沈吉等23條干線銜接。這條鐵路客流量大，貨運量多，是東北地區經濟大動脈，有“黃金線”的美譽。哈大鐵路線于2001年8月成功地完成了電氣化改造，在改造過程中引進了德國電氣化鐵路技術、設備維修和管理項目，是我國較先進的一條電氣化鐵路。

牽引變電所采用的是兩級投入式的補償裝置。當無功功率達到62%時，第一級補償投入，無功補償為2.4 Mvar；當無功功率達到81%時，第二級補償投入，無功補償為4.8 Mvar。

在哈大線上的各個牽引變電所均采用了RVS-RVK功率控制器來控制補償投切，運行中發現其控制回路元器件易發生問題，需及時處理。（見圖1）

1 RVS-RVK功率控制器常見故障及解決方法

1.1 沒有獲得預置的功率因素

在低負荷情況下，一個功率因素能與微小的感應電流相對應。對補償而言，相應的電容器等級太大。如果平均在一定時間內太低，預置可能會增加。

1.2 控制器提示意已接通電容器檔，但沒有激活電流接觸器

檢查功率接觸器和控制器的輸出線連接圖。

1.3 警報被激活

無功功率在幾分鐘內有很高的要求，當不足以補償無功功率時，它將顯示報警。

1.4 雖然所需無功功率相對較低，但是仍然接通了所有電容器

需把CT放到電容器的負載檔。

1.5 控制器已連接上，但是不能工作（無LED亮）

檢查電壓設置和安裝在控制器后邊的保險絲（0.1A/250V）。

2 典型故障及處置方案

2011年11月，雙城牽引變電所電容補償間隔斷路器持續分閘，功率因數下降，數值在0.7～0.85之間持續了一個月，使無功功率增大了3～5倍，一個月下來系統電能損失嚴重超標。

經調查，雙城牽引變電所補償裝置運行為非正常狀態。功率因數最低為0.22。在欠補償階段，功率因數平均下降約10%左右。

電量對比：查看欠補償的階段時間里的電量計量情況：將電量計量盤的計數進行對比觀察，就能發現無功功率在持續增加，這就是不正常的現象。在正常時間里，無功功率每天的變化量在0.03～0.01之間，而非正常時無功功率變化量在0.25～0.15之間。因此通過對比就能直觀地看到它的變化是異常的。

2.1 存在的問題分析

功率因數下降的問題就是，無功功率增加了，電能損失增大了。電容補償裝置補償無功功率的效果不好，補償沒有到位。從設計上的補償數值是足夠用的。雙城牽引變電所是31.5 MVA容量的變電所，使用的補償裝置是兩級投入式的補償裝置。

通過“排除法”排查故障的原因。

（1）首先，停電檢查補償間隔的斷路器，對其進行功能測試及分合閘試驗，斷路器沒有什么問題。可以排除。

（2）停電檢查了電容器、電抗器、差動流互，對其進行相關測試，檢查后確認補償裝置正常。

（3）然后，我們檢查了SPAJ140補償保護裝置。利用專用筆記本對其參數及功能檢查，檢查證明是正常狀態。

（4）最后，檢查由補償調整控制器、盤后保險裝置到繼電器裝置組成的的二次控制回路，這部分比較復雜。我們仔細檢查認為問題出現在這個部分。endprint

控制回路上的6個時間繼電器正常時的狀態：

繼電器都正常使用時（并非6個繼電器的指示燈都亮），K4.2的指示燈亮，J5的221斷路器為分閘狀態；K4.3的指示燈亮時，是J5的221斷路器為合閘狀態；K5.2時間繼電器指示燈亮時，J4的222斷路器為分閘狀態，K5.3時間繼電器指示燈亮時，J4的222斷路器為合閘狀態。

將雙城變的設備狀態與王崗變的設備進行比較。通過對比，初步認定雙城變電所的繼電器出現了問題。

經過進一步的實驗觀察，我們又有新發現，原來時間繼電器的延時時間超過了本身的延時整定時間，表面上看是做了反映發出指令，實際上它的指令如同一紙空文，控制回路沒有執行。

這就要求我們解決兩個問題，一是要解決延時超時的問題，二是要解決回路上穩定的信號傳輸的問題。只有解決了這兩個問題，才能使繼電器有效地發出命令，同時命令信號得到穩定的電壓的支持，最后得到可靠地執行，才能使“兩級”補償正常地進行投入與切換。

2.2 改善補償控制回路功能的方法

（1）首先我們想到了更換延時繼電器，然而經過論證這是不切實際的。這是德國進口的，價格昂貴而且通過聯系沒有合適的現貨。

（2）用國內的延時繼電器配件替換。國內的相關配件并不理想，因為廠家要根據技術參數現制作，運行后不能保證效果。

（3）添加相關元器件，增加1個延時繼電器，是最經濟又快捷的辦法。使控制回路功能趨于穩定，改善補償裝置現狀，提高功率因數。

相比之下，第三方案選擇添加控制模塊最為理想。既能解決延時超時問題，又能解決回路穩定的信號傳輸問題。

2.3 試驗效果

于2012年3月，將延時繼電器SN2模塊安裝在雙城牽引變電所的補償控制回路內，通過一段時間的觀測，證實發揮了很好的效用

2012年3月至12月，雙城牽引變電所補償裝置投切效果非常明顯。安裝前與加裝后的自動投切故障比較如圖2：

2012年3月至12月，雙城牽引變電所補償功率因數與2011年同期相對比有很大提高，效果很明顯。（見圖3）

通過巡視觀察、記錄、分析，采取措施后與采取措施前相比，設備運行良好。功率因數提高約10%，達到了穩定的0.9以上。既達到了電業局的要求，又滿足了變電系統內部需求。

參考文獻

[1] 賀建閩.牽引變電所功率因數及其補償措施研究[J].鐵道學報，1997，19（3）.

[2] 周勇.電力牽引負荷對電能質量的影響[J].鄭州工業大學學報，2001，22（3）.

[3] 馬軍.電氣化鐵路對電力系統的影響[J].西安理工大學學報，2002，18（2）.

[4] 韓禎祥.電力系統分析[M].杭州：浙江大學出版社，1999.endprint

控制回路上的6個時間繼電器正常時的狀態：

繼電器都正常使用時（并非6個繼電器的指示燈都亮），K4.2的指示燈亮，J5的221斷路器為分閘狀態；K4.3的指示燈亮時，是J5的221斷路器為合閘狀態；K5.2時間繼電器指示燈亮時，J4的222斷路器為分閘狀態，K5.3時間繼電器指示燈亮時，J4的222斷路器為合閘狀態。

將雙城變的設備狀態與王崗變的設備進行比較。通過對比，初步認定雙城變電所的繼電器出現了問題。

經過進一步的實驗觀察，我們又有新發現，原來時間繼電器的延時時間超過了本身的延時整定時間，表面上看是做了反映發出指令，實際上它的指令如同一紙空文，控制回路沒有執行。

這就要求我們解決兩個問題，一是要解決延時超時的問題，二是要解決回路上穩定的信號傳輸的問題。只有解決了這兩個問題，才能使繼電器有效地發出命令，同時命令信號得到穩定的電壓的支持，最后得到可靠地執行，才能使“兩級”補償正常地進行投入與切換。

2.2 改善補償控制回路功能的方法

（1）首先我們想到了更換延時繼電器，然而經過論證這是不切實際的。這是德國進口的，價格昂貴而且通過聯系沒有合適的現貨。

（2）用國內的延時繼電器配件替換。國內的相關配件并不理想，因為廠家要根據技術參數現制作，運行后不能保證效果。

（3）添加相關元器件，增加1個延時繼電器，是最經濟又快捷的辦法。使控制回路功能趨于穩定，改善補償裝置現狀，提高功率因數。

相比之下，第三方案選擇添加控制模塊最為理想。既能解決延時超時問題，又能解決回路穩定的信號傳輸問題。

2.3 試驗效果

于2012年3月，將延時繼電器SN2模塊安裝在雙城牽引變電所的補償控制回路內，通過一段時間的觀測，證實發揮了很好的效用

2012年3月至12月，雙城牽引變電所補償裝置投切效果非常明顯。安裝前與加裝后的自動投切故障比較如圖2：

2012年3月至12月，雙城牽引變電所補償功率因數與2011年同期相對比有很大提高，效果很明顯。（見圖3）

通過巡視觀察、記錄、分析，采取措施后與采取措施前相比，設備運行良好。功率因數提高約10%，達到了穩定的0.9以上。既達到了電業局的要求，又滿足了變電系統內部需求。

參考文獻

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[3] 馬軍.電氣化鐵路對電力系統的影響[J].西安理工大學學報，2002，18（2）.

[4] 韓禎祥.電力系統分析[M].杭州：浙江大學出版社，1999.endprint

控制回路上的6個時間繼電器正常時的狀態：

繼電器都正常使用時（并非6個繼電器的指示燈都亮），K4.2的指示燈亮，J5的221斷路器為分閘狀態；K4.3的指示燈亮時，是J5的221斷路器為合閘狀態；K5.2時間繼電器指示燈亮時，J4的222斷路器為分閘狀態，K5.3時間繼電器指示燈亮時，J4的222斷路器為合閘狀態。

將雙城變的設備狀態與王崗變的設備進行比較。通過對比，初步認定雙城變電所的繼電器出現了問題。

經過進一步的實驗觀察，我們又有新發現，原來時間繼電器的延時時間超過了本身的延時整定時間，表面上看是做了反映發出指令，實際上它的指令如同一紙空文，控制回路沒有執行。

這就要求我們解決兩個問題，一是要解決延時超時的問題，二是要解決回路上穩定的信號傳輸的問題。只有解決了這兩個問題，才能使繼電器有效地發出命令，同時命令信號得到穩定的電壓的支持，最后得到可靠地執行，才能使“兩級”補償正常地進行投入與切換。

2.2 改善補償控制回路功能的方法

（1）首先我們想到了更換延時繼電器，然而經過論證這是不切實際的。這是德國進口的，價格昂貴而且通過聯系沒有合適的現貨。

（2）用國內的延時繼電器配件替換。國內的相關配件并不理想，因為廠家要根據技術參數現制作，運行后不能保證效果。

（3）添加相關元器件，增加1個延時繼電器，是最經濟又快捷的辦法。使控制回路功能趨于穩定，改善補償裝置現狀，提高功率因數。

相比之下，第三方案選擇添加控制模塊最為理想。既能解決延時超時問題，又能解決回路穩定的信號傳輸問題。

2.3 試驗效果

于2012年3月，將延時繼電器SN2模塊安裝在雙城牽引變電所的補償控制回路內，通過一段時間的觀測，證實發揮了很好的效用

2012年3月至12月，雙城牽引變電所補償裝置投切效果非常明顯。安裝前與加裝后的自動投切故障比較如圖2：

2012年3月至12月，雙城牽引變電所補償功率因數與2011年同期相對比有很大提高，效果很明顯。（見圖3）

通過巡視觀察、記錄、分析，采取措施后與采取措施前相比，設備運行良好。功率因數提高約10%，達到了穩定的0.9以上。既達到了電業局的要求，又滿足了變電系統內部需求。

參考文獻

[1] 賀建閩.牽引變電所功率因數及其補償措施研究[J].鐵道學報，1997，19（3）.

[2] 周勇.電力牽引負荷對電能質量的影響[J].鄭州工業大學學報，2001，22（3）.

[3] 馬軍.電氣化鐵路對電力系統的影響[J].西安理工大學學報，2002，18（2）.

[4] 韓禎祥.電力系統分析[M].杭州：浙江大學出版社，1999.endprint