略論尼日利亞拉伊鐵路供電系統(tǒng)的無功補償

摘要：供電系統(tǒng)是鐵路基礎(chǔ)設(shè)施中的關(guān)鍵組成部分，隨著電壓的波動，系統(tǒng)難免會生成諧波，而應(yīng)用無功補償裝置可有效過濾諧波，增強補償效果，提高電流功率，避免供電系統(tǒng)運行期間大量消耗資源。現(xiàn)結(jié)合尼日利亞拉伊鐵路項目，闡述了無功補償成套裝置的運行環(huán)境和自動控制要求，重點對配件的技術(shù)要求及質(zhì)量控制措施展開探討，以期起到拋磚引玉的作用。

關(guān)鍵詞：海外鐵路工程;供電系統(tǒng);無功補償

1? ? 工程概況

尼日利亞拉伊鐵路項目Lagos站（含）至Ibadan站（含）線路為雙線內(nèi)燃鐵路，正線全長156.08 km，Apapa港口支線工程長約6.513 km。沿線共設(shè)置包含Lagos、Agege、Kajola在內(nèi)的10座車站。尼日利亞國家主干電網(wǎng)高壓采用330 kV、132 kV供電，中壓采用33 kV、11 kV供電。其中，高壓電力線路基本采用鐵塔送電，電網(wǎng)質(zhì)量較好;但部分地區(qū)中壓電網(wǎng)年久失修，穩(wěn)定性較差。

尼日利亞國家電網(wǎng)存在設(shè)備陳舊老化、線路不穩(wěn)固及無完全回路等問題，故其經(jīng)常發(fā)生跳閘和中斷供電現(xiàn)象，對生產(chǎn)設(shè)備的正常運行造成極大影響。因此，在鐵路電力系統(tǒng)的配置工作中，常采用無功補償成套裝置，同時配套高穩(wěn)定性的真空接觸器，以滿足自動補償投切的作業(yè)要求。

2? ? 無功補償成套裝置運行環(huán)境

（1）該項目環(huán)境溫度為-5～50 ℃，相對濕度不超過95%，海拔不超過1 000 m。

（2）大氣品質(zhì)方面，Lagos沿海局部地區(qū)存在一定程度的煙霧污染問題，其他區(qū)域均具有較好的環(huán)境，無塵埃、煙氣污染等問題。

（3）每月降雨天數(shù)約10天。

（4）交流電源的頻率為50 Hz，工作電壓為33 kV。

3? ? 配件的技術(shù)要求及質(zhì)量控制措施

3.1? ? 無功自動補償控制器

3.1.1? ? 關(guān)鍵技術(shù)指標

電源：DC110 V±15%;交流電壓取樣100 V;交流電流取樣0～5 A;電壓整定值為33～40.5 kV;電流互感器變比為200/5～500/5;出口繼電器觸點容量為DC110 V/5 A;動作間隔時間1～60 min;動作需系統(tǒng)穩(wěn)定時間2～10 min;功率因數(shù)整定值為0.8～0.99。

3.1.2? ? 自動和手動投切開關(guān)功能

自動接收33 kV電壓及電流的信號，由此展開計算并得到所需補償值，再根據(jù)結(jié)果進行電容器的無功自動投切。

3.1.3? ? 遠動功能

遙測：覆蓋內(nèi)容包含但不限于電容器組投電容次數(shù)、電壓、電流、功率因素。

遙信：各電容器位置。

遙控：各電容器合閘、跳閘。

3.1.4? ? 事件記錄

記錄的內(nèi)容較為豐富，除記錄動作信息外，還可記錄近7天的電容器投切次數(shù)以及電壓合格率。

3.2? ? 電抗器

3.2.1? ? 結(jié)構(gòu)和材料

電抗器采用干式空芯結(jié)構(gòu)，以雙聚脂薄膜加環(huán)氧玻璃絲包絕緣的導(dǎo)線為基礎(chǔ)材料，經(jīng)繞制后制得電抗器線圈，具有較高的絕緣強度，并采用高溫固化等現(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)較為前沿的施工工藝，確保絕緣強度和機械強度滿足要求;各繞組的制作采用導(dǎo)線并聯(lián)或串聯(lián)繞制的方法，形成若干個包封，各包封間布設(shè)有通風(fēng)管;配套非導(dǎo)磁性材料，置于電抗器的磁回路空間內(nèi)。

3.2.2? ? 外殼

外殼應(yīng)具有足夠的機械強度，從而維持穩(wěn)定性，因此要求其能夠承受±0.05 MPa的壓力作用;配套起吊構(gòu)件應(yīng)確保在運輸階段不出現(xiàn)永久變形現(xiàn)象。各附件均采用通用標準件，解決附件配套受型號限制的問題。正常運行工況下，電抗器的使用年限至少需達到20年。33 kV電纜線路并聯(lián)電抗器后的等效電路圖如圖1所示。

當系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生單相接地故障時，接地電流d、故障相開關(guān)對應(yīng)剩余電流A和非故障相開關(guān)對應(yīng)電流B分別為：

由上式可知，各區(qū)段間電抗器的補償系數(shù)為0.9。

3.3? ? 導(dǎo)體

（1）電容器至母線選用的是軟導(dǎo)線。出于對安全性和穩(wěn)定性的考慮，其長期允許電流需達到電容器額定電流的1.5倍及以上，以免出現(xiàn)異常狀況[1]。

（2）電容器套管間應(yīng)具有良好的松弛度，同時電容器套管至母線間所設(shè)置的連接線也應(yīng)滿足此方面的要求。

（3）并聯(lián)裝置配套較豐富的連接導(dǎo)體，要求其具有足夠的穩(wěn)定性，需同時滿足動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定的雙重要求。

3.4? ? 整機

3.4.1? ? 耐受短路電流能力

對于主回路內(nèi)配套的設(shè)備及連接線，必須具有足夠的穩(wěn)定性，即在電容器內(nèi)部極間短路放電電流的作用下不出現(xiàn)損傷、變形現(xiàn)象，達到穩(wěn)定運行的效果[2]。

3.4.2? ? 過負荷能力

（1）穩(wěn)態(tài)過電流。在方均根值不大于1.10×1.30In的電流條件中能夠維持穩(wěn)定運行的狀態(tài)。

（2）穩(wěn)態(tài)過電壓，具體要求如表1所示。

3.5? ? 箱式電抗器技術(shù)要求

3.5.1? ? 結(jié)構(gòu)和材料

鐵芯原材料選用的是優(yōu)質(zhì)硅鋼片，根據(jù)鐵芯的規(guī)格采取多點接地措施，以保證其在長途運輸期間可抵御外部的沖擊作用，同時在經(jīng)過長期的運行后依然不出現(xiàn)任何形式的松散、變形現(xiàn)象。在繞組的設(shè)計和實際操作中，均要充分考慮電抗器的運行特點，即其絕緣強度和散熱能力，以免出現(xiàn)異常運行的情況。

電抗器的鐵芯和金屬件需要接地，以創(chuàng)造安全的運行環(huán)境。接地裝置的使用環(huán)境較特殊，需設(shè)置防銹鍍層，并于顯眼的位置設(shè)置接地標志。設(shè)置在電抗器上的接線端子應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)定，在繞組處配套“高壓危險”的警示標志。此外，電抗器應(yīng)具有足夠的承載力。

3.5.2? ? 外殼

尺寸的設(shè)計應(yīng)考慮到鐵路運輸裝載界限的要求，外殼易受到雨水、日曬等自然環(huán)境的影響，因此需加強防護，宜采取雙層、密封的結(jié)構(gòu)，要求其具有保溫隔熱、防腐蝕、防塵、防水的特點，確保20年內(nèi)不出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。以鋼板為材料，按設(shè)計尺寸制作雙層外殼，在兩層間設(shè)置防火隔溫材料，且金屬外殼需滿足機械應(yīng)力防護要求。應(yīng)嚴格控制金屬外殼板的厚度，確保其能夠抵御尖銳物體對其的破壞性影響，規(guī)避異物侵入的問題，從源頭上消除安全隱患。此外，為滿足防護要求，外殼結(jié)構(gòu)均要采用阻燃材料。

4? ? 結(jié)語

在海外鐵路電力供應(yīng)系統(tǒng)的構(gòu)建中，尤其是電網(wǎng)不完善的非洲國家，若能夠合理應(yīng)用無功補償裝置，便可有效過濾系統(tǒng)諧波，改善補償效果，提高電流功率。作為工程人員，需要以需求為主合理選擇材料，深度優(yōu)化方法，加強防護，確保無功補償裝置穩(wěn)定運行。

[參考文獻]

[1] 王剛.蒙內(nèi)鐵路電力供電工程設(shè)計[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2018（22）：75-76.

[2] 芮晨.鐵路電力供電系統(tǒng)無功補償研究[J].鐵道標準設(shè)計，2014，58（7）：149-152.

收稿日期：2021-01-22

作者簡介：李旭（1988—），男，河北保定人，工程師，從事海外鐵路四電方面的工作。