摘要：多線合用牽引變電所運(yùn)行條件復(fù)雜,實(shí)測數(shù)據(jù)更能反映牽引變電所真實(shí)的運(yùn)行狀況。首先分析了牽引變所功率因數(shù)、三相電壓不平衡、諧波等電能質(zhì)量問題,然后基于實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)合蚌客專3座牽引變電所電能質(zhì)量進(jìn)行了分析。通過分析得出,牽引變電所電能質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求,但是個(gè)別變電所存在高次諧波諧振問題。

關(guān)鍵詞：電氣化鐵路;電能質(zhì)量;實(shí)測數(shù)據(jù)

0、引言

電氣化鐵路電能質(zhì)量問題一直以來備受關(guān)注,牽引變電所電能質(zhì)量評(píng)估是新建鐵路開通前的重要內(nèi)容,但是電能質(zhì)量評(píng)估中采取的各類數(shù)據(jù)是理論計(jì)算值,并不能真實(shí)反映電氣化鐵路實(shí)際運(yùn)行情況。特別是當(dāng)鐵路開通后,有其他線路接入,牽引變電所的運(yùn)行條件發(fā)生了重大改變,這時(shí)需要對(duì)牽引變電所實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行測量,利用實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)牽引變電所電能質(zhì)量進(jìn)行分析和評(píng)估。

1、概況

合肥至蚌埠客運(yùn)專線(以下簡稱合蚌客專)由京滬高鐵蚌埠南站引出,終于合肥樞紐合肥站,與水蚌線、淮南線、商合杭高鐵、合福鐵路等多條鐵路或交叉或并行,牽引供電系統(tǒng)采用AT供電方式,新建劉府、水家湖、邵崗3座牽引變電所。為了實(shí)現(xiàn)資源共享,節(jié)省工程投資,根據(jù)線位特點(diǎn),3座牽引變電所同時(shí)為多條鐵路供電:劉府牽引變電所為合蚌客專、水蚌線供電;水家湖牽引變電所為合蚌客專、水蚌線、淮南線、商合杭高鐵供電;邵崗牽引變電所為合蚌客專、淮南線、商合杭高鐵、合福鐵路供電。合蚌客專線路及牽引變電所分布示意圖如圖1所示。

圖1線路及牽引變電所分布示意圖

合蚌客專線路情況復(fù)雜,電力機(jī)車類型多,AT供電方式和直接供電方式并存,給理論分析帶來困難,因此本文對(duì)合蚌客專牽引變電所220kV側(cè)三相電壓、電流和27．5kV母線電壓和電流以及饋線電流等實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集,并基于實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)牽引變電所功率因數(shù)、三相電壓不平衡和諧波等電能質(zhì)量問題進(jìn)行了分析。

功率因數(shù)

2.1功率因數(shù)影響因素

牽引變電所功率因數(shù)主要受三個(gè)方面影響。

(1)交直型電力機(jī)車。交直型電力機(jī)車(如SS系列)功率因數(shù)在0．8左右,交直交型電力機(jī)車(如和諧號(hào)、復(fù)興號(hào)、HXD等)功率因數(shù)在0．97以上。目前,交直型電力機(jī)車僅在部分普速電氣化鐵路中運(yùn)行,交直交型電力機(jī)車所占比例越來越高,相關(guān)的文獻(xiàn)分析結(jié)果表明,在兩種電力機(jī)車混跑的線路中,交直型電力機(jī)車所占比例達(dá)到22．9％時(shí),牽引變電所的功率因數(shù)降到0．9。

(2)分布式容性電流。接觸網(wǎng)為長距離輸電線路,會(huì)產(chǎn)生分布式容性電流。以一個(gè)雙線電氣化鐵路牽引變電所為例,若變電所有4回AT饋線,供電臂長度為25km,架空接觸網(wǎng)單位電容電流參照35kV線路為0．18A/km,則變電所27．5kV側(cè)電容電流為0．18×25×4＝18A,折算到220kV側(cè)為4．5A,產(chǎn)生的無功功率為1714kvar.

雖然架空線路產(chǎn)生的無功功率相對(duì)于機(jī)車功率小,但是當(dāng)線路上開行的列車對(duì)數(shù)少,線路空載率過高時(shí),牽引變電所全天功率因數(shù)會(huì)降低。

(3)無功功率計(jì)量方式。牽引變電所全天功率因數(shù)可分為“返送反計(jì)”“返送不計(jì)”“返送正計(jì)”三種計(jì)量方式。

由式(1)~(3)可以看出,3種牽引變電所功率因數(shù)計(jì)算方式差異較大,“返送正計(jì)”方式功率因數(shù)*低。

2.2實(shí)測數(shù)據(jù)分析

合蚌客專3座牽引變電所功率因數(shù)的實(shí)測值如圖2~4所示。由于牽引變電所供電線路的機(jī)車均為交直交型電力機(jī)車,牽引變電所功率因數(shù)保持在較高的水平,實(shí)測值也可以反映這一點(diǎn),其中功率因數(shù)為負(fù)值對(duì)應(yīng)的時(shí)刻是機(jī)車在運(yùn)行過程中的再生制動(dòng)工況。

3座牽引變電所全天功率因數(shù)統(tǒng)計(jì)見表1,在“返送反計(jì)”“返送不計(jì)”方式下,3座牽引變電所功率因數(shù)都達(dá)

由圖2~4可以看出,劉府牽引變電所存在較長時(shí)間的線路空載情況,而水家湖和邵崗牽引變電所幾乎不存在空載情況,這是由于水蚌線還未開通,劉府牽引變電所目前只為合蚌客專一條鐵路供電,而水家湖和邵崗牽引變電所則同時(shí)為3條鐵路供電。從表1可知,受空載線路分布式容性電流影響,劉府牽引變電所功率因數(shù)小于其他2座變電所。

表1牽引變電所全天功率因數(shù)

5、安科瑞AcrelCloud-1000變電所運(yùn)維云平臺(tái)

5.1概述

基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通訊等技術(shù)開發(fā)的云端管理平臺(tái)，滿足用戶或運(yùn)維公司監(jiān)測眾多變電所回路運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運(yùn)行溫度、現(xiàn)場設(shè)備或環(huán)境視頻場景等需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一個(gè)中心，集中存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理，方便使用，支持具有權(quán)限的用戶通過電腦、手機(jī)、PAD等各類終端鏈接訪問、接收警報(bào)，并完成有關(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作。

5.2應(yīng)用場所

適用于電信、金融、交通、能源、衛(wèi)生、文體、教育科研、農(nóng)林水利、商業(yè)服務(wù)、公用事業(yè)等行業(yè)變配電運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的新建、擴(kuò)建和改建。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)可分為四層：即感知層、傳輸層、應(yīng)用層和展示層。

感知層：包含變電所安裝的多功能儀表、溫濕度監(jiān)測裝置、攝影頭、開關(guān)量采集裝置等。除攝影頭外，其它設(shè)備通過RS485總線接入現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)RS485端口。

傳輸層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)和交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過交換機(jī)把數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

應(yīng)用層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，若變電所數(shù)量小于30個(gè)則應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以合一配置。服務(wù)器需要具備固定IP地址，以接收各智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)傳送過來的數(shù)據(jù)。

展示層：用戶通過手機(jī)、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺(tái)信息。

5.4系統(tǒng)功能

5.4.1用能月報(bào)

用能月報(bào)支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號(hào)等查詢所管理站所的用電量，查詢跨度可設(shè)置為月。

5.4.2站點(diǎn)監(jiān)測

站點(diǎn)監(jiān)測包括概況、運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)日事件記錄、當(dāng)日逐時(shí)用電曲線、用電概況。

5.4.3變壓器狀態(tài)

變壓器狀態(tài)支持用戶查詢所有或某個(gè)站所的變壓器功率、負(fù)荷率、等運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持按負(fù)荷率、功率等升、降序排名。

5.4.4運(yùn)維

運(yùn)維展示當(dāng)前用戶管理的有關(guān)變電所在地圖上位置及總量信息。

5.4.5配電圖

配電圖展示被選中的變電所的配電信息，配電圖顯示各回路的開關(guān)狀態(tài)、電流等運(yùn)行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)查詢。

5.4.6視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫面（視頻直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。