关于南龙铁路渔珠牵引变电所功率因数偏低解决措施探讨

范彬

：南龙铁路投运后，渔珠牵引变电所功率因数长期偏低。经分析，原因在于线路开通初期，客运行车密度低，而渔珠牵引变电所27.5kV馈线电缆长度较长，空载时容性无功较大，造成功率因数偏低。针对该种情况，本文研究探讨了3种提高功率因数的措施。

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.

关键词：南龙铁路;行车密度;功率因数;解决措施

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

中图分类号：U224                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）04-0140-02

改建铁路南平至龙岩扩能改造工程（以下简称“南龙铁路”）于2018年12月28日正式开通运营，福建省沿海地区自此形成了回型高铁路网。

南龙铁路位于福建省中北部的南平、三明市和龙岩市境内，线路自合福铁路南平站引出，经沙县、三明、永安、漳平至引入漳龙铁路龙岩站，正线长度246.546km，其中桥梁33km，隧道185km，桥隧总长218km，占线路全长的88.7%。

全线共设5座牵引变电所，分别为渔珠、三明南、永安南、洋头、雁石南。牵引变电所220kV侧采用带跨条的分支接线方式，牵引变压器采用三相V/v接线型式，固定备用方式，容量分别为：2×（20+16）MVA、2×（16+20）MVA、2×（20+20）MVA、2×（20+20）MVA、2×（20+20）MVA。牵引变电所27.5kV侧馈线每回路供电电缆3根，其中27.5kV馈线电缆最长3条公里，最短1条公里。

根据中国铁路南昌局集团公司运输调度计划，南龙铁路运营初期动车组投运20对、普速3对（近期设计46对，远期65对）。

南龙铁路5座牵引变电所投运后，根据地方电力公司2019年1-4月份计量电费结算单：每月每座牵引变电所计量电费单中有关力率电费、功率因数（根据供电合同约定：功率因数考核指标0.85，超奖低罚，奖符号-，罚符号+，不奖不罚为0）统计情况见表1示。

从表1得知，除渔珠牵引变电所每月电费结算单中有关功率因数值一直偏低不达标外，其他牵引变电所的功率因数值变动均属于正常變化。针对上述问题，建设单位组织设计、施工、地方电力公司等有关单位进行了现场调查，排除了所内计量盘柜内电表计有关无功（Q1象限、Q4象限）配线、安装施工问题，初步认为牵引所功率因数低应是南龙铁路运营初期行车密度较低，未达到设计列车对数造成的。

然而，通过渔珠牵引变电所2019年5-7月份计量电费结算单中功率因数值对比，情况已有所改观，但结果仍不容乐观，而其他牵引变电所功率因数仍保持正常变动，见表2所示。

针对该问题，对渔珠牵引变电所全日有功功率、无功功率进行了测试，测试情况如下：

①测试对象。

渔珠牵引变电所220kV侧电压、电流。

②220kV侧有功功率、无功功率测试曲线。

220kV有功功率、无功功率检测曲线，见图1、图2所示。

③测试结论。

通过测试结果，可以看出，在0-5h有功功率可忽略不计，而无功功率均为负值、平均值约为-4MVar。初步分析渔珠牵引变电所功率因数低的原因为：该所馈线侧3条公里的27.5kV供电电缆电容效应导致了渔珠牵引变电所功率因数值降低。

④解决措施。

渔珠牵引变电所主要为容性无功造成的功率因数超标，功率因数改善措施为并联电抗器、加装动态无功补偿装置、增加列车对数、减少无功输入。而加装动态无功补偿装置投入成本较大，本次研究不考虑采用该方案，以下对其他3种方案进行分析。

1）方案一：在牵引变电所27.5kV母线侧并联电抗器。

由图1、图2的瞬时有功功率可以看出约5h时间段内是空载运行，图3中对应的无功功率平均值约-4Mvar，故全补偿的容量约为4Mvar。对不同补偿方案进行仿真，根据仿真效果确定合理的无功补偿容量。

表3是增加无功补偿容量对应的功率因数，补偿容量为0.5Mvar～3Mvar。当补偿容量为0.7Mvar时，功率因数为0.85，当补偿容量为1.4Mvar时，功率因数为0.9，当补偿容量为2.4Mvar时，功率因数为0.95，当达到全补偿功率时，功率因数将接近于1;但如果补偿容量大于全补偿功率后，功率因数却明显呈下降趋势。

由于南龙铁路投入运营初期，车辆较少，考虑长远运营，车辆增加会导致功率因数的增加，因此功率因数补偿至0.85～0.95是比较理想的，即补偿容量为0.7Mvar～2.4Mvar。

2）方案二：增加南龙铁路行车对数。

通过分析，当全日车对数达到32对时，渔珠牵引变电所功率因素可达到0.85。

3）方案三：减少无功输入。

若垂停天窗时间为5h，在此期间将馈线断路器断开，可减少容性无功返送至电力系统的无功能量。经初步估算，在行车计划不变的情况下，渔珠牵引变电所日平均功率因数可由0.75提高至0.82。

方案一、方案二均可改善渔珠牵引变电所功率因数，方案一需新增并联补偿设备，目前牵引变电所内已无设备预留位置，需重新征地并做变更设计，实施周期长，经初步估算，投资需约2年收回。方案二需随着列车对数增长可解决功率因数低的问题，这与运输部门行车计划相关，且无需增加投资。方案三无投资，但不能完全使功率因数达标，仅在一定程度上改善功率因数。

经综合技术经济比选，决定现阶段进一步观测渔珠牵引变电所功率因数变化趋势，同时充分利用天窗点，将馈线断路器断開，以减少电缆空载无功对功率因数的影响。积极协调运输部门制定相关措施，提高运输效率，增加列车对数，争取早日实现该所功率因数达标。

参考文献：

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