宝成线扩能马角坝牵引变电所综合补偿方案研究
2021-10-10
来源:步旅网
2010年12月 铁道工程学报 Dec 201O 第12期(总147) J0URNAL OF RAILWAY ENGINEERING SOCIETY NO.12(Ser.147) 文章编号:1006—2106(2010)12—0077—04 宝成线扩能马角坝牵引变电所综合补偿方案研究 吴萍 袁勇李剑 (中铁二院工程集团有限责任公司, 成都610031) 摘要:研究目的:随着铁路运量的增长,实际运行中会出现牵引网电压低于电力机车最低允许电压的情况。因 此,改善牵引网电压,在电气化铁路的设计中是一项重要课题。目前改善供电臂电压水平的措施有:提高牵引 变电所牵引侧母线电压、采用串联电容补偿装置、采用并联补偿装置、采用载流承力索或加强线等。 研究结论:本文分析了改善牵引网电压的几种方法及其工作原理,针对宝成线这种山区铁路的运量大、铁 路沿线电力系统电源薄弱的特点,通过对宝成线马角坝牵引变电所的牵引供电方案的研究和供电理论计算, 最终得出在马角坝牵引变电所的馈线侧同时安装串联补偿装置和动态无功补偿装置,提高了马角坝牵引变 电所供电臂的电压水平,从而使牵引网末端其电压达到20 kV。 关键词:宝成线;牵引变电所;方案;研究 中图分类号:U224 文献标识码:A Research on Comprehensive Compensation of Majiaoba Traction Substation of Baoji—・Chengdu Railway WU Ping,YUAN Yong,LI Jian (China Railway Eryuan Engineering Group Co.Ltd,Chengdu,Sichuan 610031,China) Abstract:Research purposes:With the increment of railway trafifc volume,sometimes it occur that the actual operation voltage of the feeding system is lower than the minimum allowed voltage of electric locomotive.Therefore,to improve the traction vohage of traction substation is an important work in design of electrified railway.At present,the ways of improving the voltage level of feeding section include:to improve the bus voltage of the traction side of substation,to use series capacitance compensation device,to US parallel compensation device and to use carrying catenary or or strengthening wire. Research conclusions:In this paper,the ways of improving voltage of feeding system and their working principles are analyzed.According to the characteristics of large trafifc volume of Bali—Chengdu Railway and poor power supply of feeding system along the railway,based on the study on the scheme of traction power supply of Majiaoba Traction Substation and the calculation of power supply in theory,it is decided to install the series compensation device and dynamic reactice——load compensation device on feeding wire side to improve the voltage level of the feeding section of Majiasoba Traction substation for making the voltage up to 20 kV on the end of traction power supply network. Key words:Baoji—Chengdu Railway;traction substation;program;study 根据国家标准《铁道干线电力牵引交流电压标 统非正常(检修或事故)情况下运行时,受电弓上的电 准》(GB 1402)的规定,电力机车、电动车组受电弓上 压不得低于l9 kV 卜 。随着科学技术的发展,改善 最低工作电压为2O kV,电力机车、电动车组在供电系 牵引网电压的方法也不断更新。 收稿日期:2010—11—01 作者简介:吴萍,1981年出生,女,助理工程师。 78 铁道工程学报 2010年l2月 1 电气化铁道改善牵引网电压的方法 I5 1.1提高牵引变电所牵引母线电压 的容抗应低于系统母线至串补装置间的总的归算电抗 值;为避免牵引变电所首端(串联电容装置后)短路时 的最大电流超过牵引变压器所能承受的最大短路电流 其原理就是调低牵引变压器分接开关位置来提高 牵引变电所牵引母线空载电压。这种调压方法虽然简 单方便,但只能进行无激磁调节,并且当电力系统电压 能力,还需校核此时的短路电流是否超过牵引变压器 的额定电流的8倍。 1.3采用动态无功补偿装置 1.3.1基本原理 波动较剧烈时,不能满足要求。这种方法适用于牵引 变电所外部电源系统进线电压偏低、但比较稳定的 情况。 在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互 差180度。如果在电感线路中有比例地安装电容元 1.2采用串联电容补偿装置 1.2.1基本原理 在牵引变电所牵引馈线中设置串联电容器组进行 补偿,是改善供电臂电压水平行之有效的方法。为了 便于分析,设牵引变电所装设单相接线牵引变压器,则 牵引供电系统的等效电路如图1所示。其中尺+ 为牵引网阻抗, 为牵引变压器电抗, 为串联补偿 电容器组电抗,,为牵引负荷电流,功率因数为cos 。 xc R XL ll 图1牵引供电系统等值电路 补偿前,牵引供电系统的电压损失为: AU=,[Rcos6+( r+X£)sin ̄b] 补偿后,牵引供电系统的电压损失变为: AU =,[Rcos ̄+(X + £一Xc)simb] 因此,可得通过牵引负荷电流通过串联电容组时 的电压损失为: AUc=AU 一AU=一/Xcsin(b 1.2.2串联电容补偿装置容量的计算 设需要电容器补偿的电压为AU,,为供电臂的最 大负荷电流,,凹为单体电容的额定电流, 为单体电 容的额定电抗。 则需要并联的电容器个数 =,Ⅳ f\』CE, 1}+1,需要 串联的电容器个数Ⅳ=INT( )。需要串 联电容器的实际容量为Q=MNQ。(Q。为单体电容的 额定容量,kvar) 1.2.3串联电容补偿装置的校验 为避免串联电容补偿装置引起系统的谐振,装置 件,使两者的电流相互抵消,使电流的矢量与电压矢量 之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力,这就是无 功补偿的道理。通过无功补偿装置提高功率因数,因 而减少牵引网的电压损耗_6。 。 1.3.2无功补偿装置容量的计算 设,为供电臂的最大负荷电流,cos 为牵引负荷 功率因数,一般取0.82,cos ̄l为补偿前电源侧功率因 数,cos ̄2为补偿后电源侧功率因数。 pl=,×27.5×cos(D 一√( )× 27.5 电容器组计算安装容量为: ,,, 、2 Q。_0.88×《羔}×Q 式中 U ——电容器组的额定电压。 1.4采用载流承力索或加强线 采用载流承力索或加强线由于降低了牵引网阻 抗,因此当牵引负荷一定时,电压损失也就随之降低, 一般可降低25%以上。 2 应用实例 2.1 马角坝牵引变电所既有情况 马角坝牵引变电所末端分相分别位于马鞍塘和小 溪坝,供电臂长度分别为25.54 kin/22.87 km(上行/ 下行)和25.63 km/25.59 km(上行/下行)。马角坝牵 引变电所牵引变压器和系统的既有情况如表1所示。 表1马角坝牵引变电所既有参数表 牵引变压器 系统短路容量 接线型式 平衡变压器接线 小方式 大方式 运行容量/MVA 2×31.5 309 511 2・2马角坝牵引变电所采用串联补偿装置和动态补 偿装置的方案研究 根据成都铁路局运输处的建议,按客、货列车 8 min追踪,其中货车考虑Ss 机车8 min追踪及一个 第12期 吴萍袁勇李剑:宝成线扩能马角坝牵引变电所综合补偿方案研究 79 供电臂内有2对HX。,机车、其余为SS,机车8 min追 踪两种情况。 量按表1中的的最小运行方式进行计算,牵引变电所 功率因数按0.85计算。 马角坝牵引变电所SS 机车追踪运行排车数如 图2所示,马鞍塘方向上下行均可排3个车,小溪坝方 向上行可排4个车,下行排3个车。 2.2.1 SS。机车追踪运行的方案研究 按最严重情况,上下行均按ss 机车8 min追踪。 牵引变压器的过负荷倍数均取为2.0倍。系统短路容 马角坝 马鞍塘方向 54 上行 小溪坝方向 距变电所 8.03 的距离 0.23 9.O3 l7.83 2( 16.78 I 0 87 1 465 机车电流 6.93 I I 368 368 8.43 I 313 17.51 465 14.9 3 : 下行 471 471 271 271 图2 SS,机车追踪运行排车数 经计算,马鞍塘方向的校核容量为22.43 MVA, 接触网末端电压为16.29 kV/26.23 kV(上/下行),小 溪坝方向的校核容量为21.2 MVA,接触网末端电压 为l8.47 kV/18.96 kV(上/下行)。在变电所两相分 别增设串联电容补偿装置和动态补偿装置后,串联补 偿装置的补偿效果校验功率因数按0.82计算,动态无 功补偿装置的容量按功率因数由0.82补至0.9计算, 其计算结果如表2所示。 表2 SS,机车追踪运行的计算结果 串联补偿装置 安装容量(kvar) (上行/下行) 接触网末端最低电压 水平/kV(上行/下行) 动态补偿装置 小溪坝方向 2760/1640 18.73/19.25 马鞍塘方向 408O/408O 1773/18.74 .安装容量(kvar) 接触网末端最低电压 水平/kV(上行/下行) 马鞍塘方向 16l37 20.小溪坝方向 l5251 20.41/20.90 01/20.02 由表2可见,通过新增串联电容补偿装置及动态 补偿装置后,马角坝牵引变电所的左右两臂的电压均 能达到20 kV。 HX∞,剩余机车按ss,机车考虑。 马角坝牵引变电所HX 机车追踪运行排车数如 图3所示,马鞍塘方向和马角坝均可排2对HX。,机 车,剩下的为sS,机车。 2.2.2 HX∞机车追踪运行的方案研究 按货车8 min追踪运行,每个供电臂最多排2对 马角坝 马鞍塘方向 54 上行 ,距变电所 7.6 的距离 8.45 小溪坝方向 17.54 2( 16.57 I 581 l3.62 I 465 机车电流 4-37 I 368 8.96 I 476 17.71 、 4 : 9 87 下行 412 412 图3 I-IX 机车追踪运行排车数 经计算,马鞍塘方向的校核容量为25.15 MVA, 接触网末端电压为18.05 kV/18.08 kV(上/下行),小 偿装置的补偿效果校验功率因数按0.82计算,其计算 结果如表3所示。 溪坝方向的校核容量为24.08 MVA,接触网末端电压 为18.38 kV/18.62 kV(上/下行)。在变电所两相分 别增设串联电容补偿装置和动态补偿装置后,串联补 通过新增串联电容补偿装置,能将马角坝牵引变 电所的左右两臂的电压补偿到20 kV。 80 铁道工程学报 2010年12月 表3 HX 机车追踪运行的计算结果 串联补偿装置 安装容量/kvar 马鞍塘方向 小溪坝方向 (上行/下行) 4260/4800 2680/2200 水平/kV(上行/下行)接触网末端最低电压 2O.OO/2O.02 20.33/20.56 2.2.3综合补偿方案 通过以上两种情况的计算,马角坝牵引变电所的最 终方案:牵引变压器更换为安装容量2×(25+25)MVA 的低阻抗三相Vv牵引变压器。两相设置动态无功补 偿装置各1套,马角坝~马鞍塘、马角坝~小溪坝供 电臂上下行设置串联电容补偿装置共4套。 3 结论 (1)本文采用的串联电容补偿装置,能有效改善 供电臂的电压水平,具有补偿电压随负荷电流正比变 化,可实现无惯性补偿的优点。 (2)本文采用的动态无功补偿装置,提高了功率 因数,减少了电力系统的电力系统能耗,提高了牵引网 的电压。 参考文献: [1]谭秀炳,刘向阳.交流电气化铁道牵引供电系统[M].成 都:西南交通大学出版社,2002. 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