金淼 劉寶軒 楊開微

摘要：近年來長(zhǎng)電纜線路在鐵路貫通線的應(yīng)用越來越普遍，因貫通線路會(huì)產(chǎn)生較大的容性電流，使得電纜貫通線路的系統(tǒng)接地方式及無功補(bǔ)償方案成為電力工程設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。本文結(jié)合鄭濟(jì)鐵路的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行研究，為今后工程設(shè)計(jì)提供高效計(jì)算工具。

關(guān)鍵詞：客運(yùn)專線；貫通線；電容電流；補(bǔ)償

中圖分類號(hào)：TM76

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-6487 （2018） 01-0076-03

0 引言

隨著高速鐵路在我國(guó)的大規(guī)模建設(shè)，高速鐵路10kV電力供電系統(tǒng)逐漸成熟，形成了一套完整的高鐵電力供電系統(tǒng)。

高速鐵路10kV電力供電系統(tǒng)一般每40～60km設(shè)一座lOkV配電所，配電所設(shè)調(diào)壓器為區(qū)間供電，調(diào)壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電阻設(shè)備接地。區(qū)間沿鐵路兩側(cè)各敷設(shè)一回10kV全電纜貫通線路，鐵路區(qū)間設(shè)箱式變電站或室內(nèi)變電所給沿線用電負(fù)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(shè)。單芯電纜制造長(zhǎng)度比三芯電纜長(zhǎng)，有助于降低電纜中間接頭數(shù)量，減少故障點(diǎn)，但電纜有很大的容性效應(yīng)問題，與架空線相比，電纜線路的相線對(duì)地及相間電容電流是架空線的幾十倍乃至更高。因此經(jīng)調(diào)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(tǒng)電容電流補(bǔ)償方案，從而保證電力供電可靠、并減少正常運(yùn)行時(shí)線路及設(shè)備的損耗、提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，改善供電質(zhì)量[1-3]。

1 貫通線路電纜電容電流計(jì)算

高速鐵路區(qū)間lOkV貫通線路經(jīng)調(diào)壓器供電系統(tǒng)。

1.1 單芯電纜的電容

高速鐵路客運(yùn)專線單芯電纜按“品”字型布置時(shí)，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。其中每芯對(duì)金屬護(hù)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(duì)中性點(diǎn)的電容為C=Cy+3Cr（F/km）。

1.2電纜線路正常運(yùn)行時(shí)的電容電流

正常情況的電容電流分布如圖2所示。正常運(yùn)行時(shí)電容電流按下式計(jì)算

1.3 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地時(shí)電容電流

電纜線路發(fā)生單相接地故障，系統(tǒng)內(nèi)接地相與大地等電位，對(duì)地電容電流為零。此時(shí)三相間的線電壓仍然對(duì)稱，對(duì)負(fù)荷供電沒有影響，系統(tǒng)內(nèi)其他兩項(xiàng)對(duì)地電壓升高為線電壓，等于相電壓的√3倍，對(duì)系統(tǒng)的絕緣造成影響。只有非故障相的線路與設(shè)備上流有零序電流，其數(shù)值等于本身的對(duì)地電容電流，實(shí)際方向?yàn)槟妇€流向線路；在故障線路上，零序電流為全系統(tǒng)非故障線路與設(shè)備對(duì)地電容電流向量和，即調(diào)壓器后母線上所有回路三相對(duì)地不平衡電容電流入故障點(diǎn)的電流之和，方向由線路流向母線[5]。

電纜線路發(fā)生單相金屬性接地時(shí)的電容電流分布如圖3所示。

單相接地時(shí)電容電流按下式計(jì)算

2 貫通線路供電系統(tǒng)補(bǔ)償方式的研究

2.1 貫通線路供電系統(tǒng)模型

鄭濟(jì)高鐵lOkV貫通線路供電系統(tǒng)的構(gòu)成，鄭濟(jì)高鐵貫通線路供電經(jīng)調(diào)壓器供電，區(qū)間設(shè)備環(huán)網(wǎng)接線形式，一級(jí)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(qū)間補(bǔ)償電抗器結(jié)合信號(hào)中繼站設(shè)置，系統(tǒng)模型如圖4所示。

2.2貫通線的補(bǔ)償方案研究

在配電所集中補(bǔ)償方式，當(dāng)補(bǔ)償裝置故障或檢修退出運(yùn)行時(shí)，貫通線路電纜的容性電流會(huì)引起調(diào)壓器過載，并使整個(gè)10kV供電系統(tǒng)功率因數(shù)降低產(chǎn)生利率電費(fèi)。如果僅采用分散補(bǔ)償方式，發(fā)生補(bǔ)償設(shè)備故障退出運(yùn)行時(shí)（往往不能很快修復(fù)），依然會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生調(diào)壓器過載和功率因數(shù)降低的情況。因此在鄭濟(jì)鐵路的設(shè)計(jì)中采用了配電所集中補(bǔ)償與區(qū)間分散補(bǔ)償結(jié)合的系統(tǒng)無功補(bǔ)償方案[6]。

2.3 區(qū)間貫通線的固定補(bǔ)償方案的計(jì)算

結(jié)合鐵路區(qū)間信號(hào)中繼站的位置，每12 km左右設(shè)一處固定電抗器。根據(jù)《鐵路電力設(shè)計(jì)手冊(cè)》鐵路區(qū)間最佳無功補(bǔ)償度取75%。根據(jù)（1）～（6）式及下面的計(jì)算可以得如下結(jié)果：

Xi一一每座電抗器容量容量（kvar）；

XL——區(qū)間補(bǔ)償后剩余線路無功容量（kvar）。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，結(jié)合實(shí)際固定式電抗器的規(guī)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(bǔ)償方案的計(jì)算

鐵路lOkV電力供電系統(tǒng)區(qū)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(tài)情況下，采用兩個(gè)方向供電。根據(jù)鄭濟(jì)客專電力供電系統(tǒng)圖，計(jì)算當(dāng)配電所向兩個(gè)方向正常供時(shí)的電容電流（公式2），以及當(dāng)采用中性點(diǎn)不接地情況下發(fā)生單相接地故障時(shí)故障電流（公式6）。

由以上計(jì)算結(jié)果以及鄭濟(jì)客專線路形式得出：（1）根據(jù)《鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)要求，當(dāng)系統(tǒng)單相接地故障電容電流不大于150A時(shí)，中性點(diǎn)可采用低電阻接地方式或消弧線圈接地方式；當(dāng)系統(tǒng)單相接地故障電容電流大于150A時(shí)，宜采用低電阻接地方式。鄭濟(jì)鐵路各配電所貫通線路供電系統(tǒng)當(dāng)采用中性點(diǎn)不接地方式時(shí)，單相接地故障電流接近或超過了150A。本線設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求[7]。 （2）計(jì)算得出的在調(diào)壓器向兩端供電時(shí)的需要補(bǔ)償?shù)淖畲鬅o功容量，考慮到一個(gè)配電所的供電臂上一臺(tái)固定電抗器125kvar故障情況下，系統(tǒng)依舊能達(dá)到0. 95以上的功率因數(shù)，因此選擇400kvar的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。

3 結(jié)束語

以上為本人在高速鐵路設(shè)計(jì)工作中，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)踐，總結(jié)出的關(guān)于高速鐵路電力供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償設(shè)置問題的一點(diǎn)見解，希望對(duì)同行人的工作有所幫助。

參考文獻(xiàn)

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[5] 陳世民，客運(yùn)專線10kV貫通線路接地方式及補(bǔ)償方案的研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011 （8）：122-125.

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