關于南龍鐵路漁珠牽引變電所功率因數偏低解決措施探討

范彬

：南龍鐵路投運后，漁珠牽引變電所功率因數長期偏低。經分析，原因在于線路開通初期，客運行車密度低，而漁珠牽引變電所27.5kV饋線電纜長度較長，空載時容性無功較大，造成功率因數偏低。針對該種情況，本文研究探討了3種提高功率因數的措施。

Abstract： After the Nanlong Railway was put into operation， the power factor of Yuzhu Traction Substation has been low for a long time. After analysis， the reason is that in the initial stage of the line opening， the passenger vehicle density was low， and the 27.5kV feeder cable of Yuzhu Traction Substation was long， and the capacitive reactive power was large at no load， resulting in a low power factor. In view of this situation， this paper studies and discusses three measures to improve the power factor.

關鍵詞：南龍鐵路;行車密度;功率因數;解決措施

Key words： Nanlong Railway;traffic density;power factor;solutions

中圖分類號：U224? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）04-0140-02

改建鐵路南平至龍巖擴能改造工程（以下簡稱“南龍鐵路”）于2018年12月28日正式開通運營，福建省沿海地區自此形成了回型高鐵路網。

南龍鐵路位于福建省中北部的南平、三明市和龍巖市境內，線路自合福鐵路南平站引出，經沙縣、三明、永安、漳平至引入漳龍鐵路龍巖站，正線長度246.546km，其中橋梁33km，隧道185km，橋隧總長218km，占線路全長的88.7%。

全線共設5座牽引變電所，分別為漁珠、三明南、永安南、洋頭、雁石南。牽引變電所220kV側采用帶跨條的分支接線方式，牽引變壓器采用三相V/v接線型式，固定備用方式，容量分別為：2×（20+16）MVA、2×（16+20）MVA、2×（20+20）MVA、2×（20+20）MVA、2×（20+20）MVA。牽引變電所27.5kV側饋線每回路供電電纜3根，其中27.5kV饋線電纜最長3條公里，最短1條公里。

根據中國鐵路南昌局集團公司運輸調度計劃，南龍鐵路運營初期動車組投運20對、普速3對（近期設計46對，遠期65對）。

南龍鐵路5座牽引變電所投運后，根據地方電力公司2019年1-4月份計量電費結算單：每月每座牽引變電所計量電費單中有關力率電費、功率因數（根據供電合同約定：功率因數考核指標0.85，超獎低罰，獎符號-，罰符號+，不獎不罰為0）統計情況見表1示。

從表1得知，除漁珠牽引變電所每月電費結算單中有關功率因數值一直偏低不達標外，其他牽引變電所的功率因數值變動均屬于正常變化。針對上述問題，建設單位組織設計、施工、地方電力公司等有關單位進行了現場調查，排除了所內計量盤柜內電表計有關無功（Q1象限、Q4象限）配線、安裝施工問題，初步認為牽引所功率因數低應是南龍鐵路運營初期行車密度較低，未達到設計列車對數造成的。

然而，通過漁珠牽引變電所2019年5-7月份計量電費結算單中功率因數值對比，情況已有所改觀，但結果仍不容樂觀，而其他牽引變電所功率因數仍保持正常變動，見表2所示。

針對該問題，對漁珠牽引變電所全日有功功率、無功功率進行了測試，測試情況如下：

①測試對象。

漁珠牽引變電所220kV側電壓、電流。

②220kV側有功功率、無功功率測試曲線。

220kV有功功率、無功功率檢測曲線，見圖1、圖2所示。

③測試結論。

通過測試結果，可以看出，在0-5h有功功率可忽略不計，而無功功率均為負值、平均值約為-4MVar。初步分析漁珠牽引變電所功率因數低的原因為：該所饋線側3條公里的27.5kV供電電纜電容效應導致了漁珠牽引變電所功率因數值降低。

④解決措施。

漁珠牽引變電所主要為容性無功造成的功率因數超標，功率因數改善措施為并聯電抗器、加裝動態無功補償裝置、增加列車對數、減少無功輸入。而加裝動態無功補償裝置投入成本較大，本次研究不考慮采用該方案，以下對其他3種方案進行分析。

1）方案一：在牽引變電所27.5kV母線側并聯電抗器。

由圖1、圖2的瞬時有功功率可以看出約5h時間段內是空載運行，圖3中對應的無功功率平均值約-4Mvar，故全補償的容量約為4Mvar。對不同補償方案進行仿真，根據仿真效果確定合理的無功補償容量。

表3是增加無功補償容量對應的功率因數，補償容量為0.5Mvar～3Mvar。當補償容量為0.7Mvar時，功率因數為0.85，當補償容量為1.4Mvar時，功率因數為0.9，當補償容量為2.4Mvar時，功率因數為0.95，當達到全補償功率時，功率因數將接近于1;但如果補償容量大于全補償功率后，功率因數卻明顯呈下降趨勢。

由于南龍鐵路投入運營初期，車輛較少，考慮長遠運營，車輛增加會導致功率因數的增加，因此功率因數補償至0.85～0.95是比較理想的，即補償容量為0.7Mvar～2.4Mvar。

2）方案二：增加南龍鐵路行車對數。

通過分析，當全日車對數達到32對時，漁珠牽引變電所功率因素可達到0.85。

3）方案三：減少無功輸入。

若垂停天窗時間為5h，在此期間將饋線斷路器斷開，可減少容性無功返送至電力系統的無功能量。經初步估算，在行車計劃不變的情況下，漁珠牽引變電所日平均功率因數可由0.75提高至0.82。

方案一、方案二均可改善漁珠牽引變電所功率因數，方案一需新增并聯補償設備，目前牽引變電所內已無設備預留位置，需重新征地并做變更設計，實施周期長，經初步估算，投資需約2年收回。方案二需隨著列車對數增長可解決功率因數低的問題，這與運輸部門行車計劃相關，且無需增加投資。方案三無投資，但不能完全使功率因數達標，僅在一定程度上改善功率因數。

經綜合技術經濟比選，決定現階段進一步觀測漁珠牽引變電所功率因數變化趨勢，同時充分利用天窗點，將饋線斷路器斷開，以減少電纜空載無功對功率因數的影響。積極協調運輸部門制定相關措施，提高運輸效率，增加列車對數，爭取早日實現該所功率因數達標。

參考文獻：

[1]改建鐵路南平至龍巖擴能改造工程初步設計文件-電氣化篇[M].

[2]焦劍揚，劉明光.牽引變電所無功補償方式綜述[J].電氣開關，2006（06）.

[3]王大志.電力系統無功補償原理與應用[M].電子工業出版社，2012.

[4]李群湛著.電氣化鐵道并聯綜合補償及其應用[M].中國鐵道出版社，1993.

[5]鄭社寧主編.電氣化鐵道供變電[M].中國鐵道出版社，1996.