鄭濟高鐵1OkV貫通線路補償方案的研究

金淼 劉寶軒 楊開微

摘要：近年來長電纜線路在鐵路貫通線的應用越來越普遍，因貫通線路會產生較大的容性電流，使得電纜貫通線路的系統接地方式及無功補償方案成為電力工程設計中的一個關鍵技術難點。本文結合鄭濟鐵路的設計情況進行研究，為今后工程設計提供高效計算工具。

關鍵詞：客運專線；貫通線；電容電流；補償

中圖分類號：TM76

文獻標識碼：A

文章編號：2095-6487 （2018） 01-0076-03

0 引言

隨著高速鐵路在我國的大規模建設，高速鐵路10kV電力供電系統逐漸成熟，形成了一套完整的高鐵電力供電系統。

高速鐵路10kV電力供電系統一般每40～60km設一座lOkV配電所，配電所設調壓器為區間供電，調壓器中性點經小電阻設備接地。區間沿鐵路兩側各敷設一回10kV全電纜貫通線路，鐵路區間設箱式變電站或室內變電所給沿線用電負荷供電。

10kV電纜貫通線路采用單芯銅芯非磁性鎧裝電纜，按“品”字形敷設。單芯電纜制造長度比三芯電纜長，有助于降低電纜中間接頭數量，減少故障點，但電纜有很大的容性效應問題，與架空線相比，電纜線路的相線對地及相間電容電流是架空線的幾十倍乃至更高。因此經調壓器供電的10kV電纜貫通線路，需要綜合考慮各方面因素，合理選擇10kV供電系統電容電流補償方案，從而保證電力供電可靠、并減少正常運行時線路及設備的損耗、提高系統的功率因數，改善供電質量[1-3]。

1 貫通線路電纜電容電流計算

高速鐵路區間lOkV貫通線路經調壓器供電系統。

1.1 單芯電纜的電容

高速鐵路客運專線單芯電纜按“品”字型布置時，其結構圖如圖1所示。其中每芯對金屬護層的電容為Cv（F/km），芯與芯之間的電容為Cy（F/Km）[4]，則每一芯對中性點的電容為C=Cy+3Cr（F/km）。

1.2電纜線路正常運行時的電容電流

正常情況的電容電流分布如圖2所示。正常運行時電容電流按下式計算

1.3 中性點不接地系統單相接地時電容電流

電纜線路發生單相接地故障，系統內接地相與大地等電位，對地電容電流為零。此時三相間的線電壓仍然對稱，對負荷供電沒有影響，系統內其他兩項對地電壓升高為線電壓，等于相電壓的√3倍，對系統的絕緣造成影響。只有非故障相的線路與設備上流有零序電流，其數值等于本身的對地電容電流，實際方向為母線流向線路；在故障線路上，零序電流為全系統非故障線路與設備對地電容電流向量和，即調壓器后母線上所有回路三相對地不平衡電容電流入故障點的電流之和，方向由線路流向母線[5]。

電纜線路發生單相金屬性接地時的電容電流分布如圖3所示。

單相接地時電容電流按下式計算

2 貫通線路供電系統補償方式的研究

2.1 貫通線路供電系統模型

鄭濟高鐵lOkV貫通線路供電系統的構成，鄭濟高鐵貫通線路供電經調壓器供電，區間設備環網接線形式，一級貫通電纜采用YJV62-70型單芯電纜，綜合貫通電纜采用YJV62-95型單芯電纜，鐵路區間補償電抗器結合信號中繼站設置，系統模型如圖4所示。

2.2貫通線的補償方案研究

在配電所集中補償方式，當補償裝置故障或檢修退出運行時，貫通線路電纜的容性電流會引起調壓器過載，并使整個10kV供電系統功率因數降低產生利率電費。如果僅采用分散補償方式，發生補償設備故障退出運行時（往往不能很快修復），依然會在一段時間內發生調壓器過載和功率因數降低的情況。因此在鄭濟鐵路的設計中采用了配電所集中補償與區間分散補償結合的系統無功補償方案[6]。

2.3 區間貫通線的固定補償方案的計算

結合鐵路區間信號中繼站的位置，每12 km左右設一處固定電抗器。根據《鐵路電力設計手冊》鐵路區間最佳無功補償度取75%。根據（1）～（6）式及下面的計算可以得如下結果：

Xi一一每座電抗器容量容量（kvar）；

XL——區間補償后剩余線路無功容量（kvar）。

根據以上計算結果，結合實際固定式電抗器的規格76 kvar、96 kvar、108 kvar、125 kvar、144kvar.選擇固定式電抗器方案。

2.4配電所的補償方案的計算

鐵路lOkV電力供電系統區間各配電所一般采用單方向供電，在相鄰所檢修或故障狀態情況下，采用兩個方向供電。根據鄭濟客專電力供電系統圖，計算當配電所向兩個方向正常供時的電容電流（公式2），以及當采用中性點不接地情況下發生單相接地故障時故障電流（公式6）。

由以上計算結果以及鄭濟客專線路形式得出：（1）根據《鐵路電力設計規范》設計要求，當系統單相接地故障電容電流不大于150A時，中性點可采用低電阻接地方式或消弧線圈接地方式；當系統單相接地故障電容電流大于150A時，宜采用低電阻接地方式。鄭濟鐵路各配電所貫通線路供電系統當采用中性點不接地方式時，單相接地故障電流接近或超過了150A。本線設計符合規范要求[7]。 （2）計算得出的在調壓器向兩端供電時的需要補償的最大無功容量，考慮到一個配電所的供電臂上一臺固定電抗器125kvar故障情況下，系統依舊能達到0. 95以上的功率因數，因此選擇400kvar的動態補償裝置。

3 結束語

以上為本人在高速鐵路設計工作中，結合項目實踐，總結出的關于高速鐵路電力供電系統無功補償設置問題的一點見解，希望對同行人的工作有所幫助。

參考文獻

[1] 鐵路電力設計規范，TB10008-2015

[2]鐵路電力手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1991.

[3] 高速鐵路設計規范，TB10621-2014

[4] 羅思衷.合蚌客運專線10kV單芯電纜設計中若干問題的探討[J].高速鐵路技術，2010 （4）：37-41.

[5] 陳世民，客運專線10kV貫通線路接地方式及補償方案的研究[J].鐵道標準設計，2011 （8）：122-125.

[6]顏秋容，劉欣，王學鋒，等.鐵路10kV電纜貫通線電容電流補償度研究[J].鐵道學報，2006 （2）：85-88

[7] 張涼永.高速鐵路全電纜電力貫通線的電容電流及其容性無功補償分析[J].高速鐵路技術，2015 （1）：27-31+37.