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10kV、35kV线路电容效应解决方案

         目前在电气化铁路、城市轨道交通、页岩气采掘、矿山行业,以及大型生产型企业在建设调试、生产检修期间均存在着严重的线路无功过补问题。这些大型负载的电源引入点一般都在电力公司的220kV、110kV、35kV、10kV变电站或开闭所,其电力计量点也在安装在电源引入点处。由于这些行业的外部输配电线路和自己系统的220kV、110kV、35kV、10kV的电缆或架空线路总里程长,满负载时间短,配电设备必须处于热备状态,因此线路“无功效应”产生的无功向电网倒送,这不仅要遭受到电网公司严重的无功过补倒送罚款,还严重影响到自身系统电器设备的运行安全和增加线损。
       

线路“无功效应”产生的机理
线路无功产生的原因在于:当输配电线路的负载在空载(或轻载)时,电力电缆或架空线路的导线与导线之间、导线与大地之间形成较大的容抗Xc,这些容抗的形成作用在导线中,从而产生出大量的容性无功功率。
容抗产生无功功率容量的大小与线路长度、导线的截面积成正比,与实时负载容量成反比。这种效应称为线路的"电容效应"。由于线路产生的容性无功功率在自身的负载系统中无法消化,因而导致向电网倒送。

解决“电容效应”有以下三种方案
1、采用自动调节并联电抗器的解决方案
2、采用SVG的解决方案
3、采用磁饱和电抗器的解决方案

自动调节并联电抗器的解决方案
在铁路、城市轨道交通、页岩气采掘、矿山等变电所主变压器二次出线侧的35kV/10kV接入自动调节并联电抗器,是目前解决线路“电容效应”的最佳方法。在国内已建成的秦沈、京津、合宁客运专线、石太客运专线中,有的是采用全电缆供电方案,有的是架空线与电缆混合贯通模式,基本上都是采取在系统中加装种类不同的并联电抗器及消弧线圈等装置来有效补偿线路的电容电流。在城市轨道交通的供电网络设计中,也有部分城市(如广州)的部分线路采用加装固定式并联电抗器来解决“电容效应”的问题。
实际工程中,采用“自动调节并联电抗器”来解决线路的“电容效应”是最经济、最可靠的方案。
自动调节并联电抗器的解决方案
在铁路、城市轨道交通、页岩气采掘、矿山等变电所主变压器二次出线侧的35kV/10kV接入自动调节并联电抗器,是目前解决线路“电容效应”的最佳方法。在国内已建成的秦沈、京津、合宁客运专线、石太客运专线中,有的是采用全电缆供电方案,有的是架空线与电缆混合贯通模式,基本上都是采取在系统中加装种类不同的并联电抗器及消弧线圈等装置来有效补偿线路的电容电流。在城市轨道交通的供电网络设计中,也有部分城市(如广州)的部分线路采用加装固定式并联电抗器来解决“电容效应”的问题。
实际工程中,采用“自动调节并联电抗器”来解决线路的“电容效应”是最经济、最可靠的方案。

并联电抗器接线系统图



并联电抗器控制原理


     “电抗器容量自动调节控制器” 通过控制“自动调节并联电抗器”伺服电机,使电抗器内部5-9个档位的“有载调节分接开关”根据控制指令改变电抗器线圈分级匝数。电抗器的分级匝数组合成5-9个不同阶梯电感量,将这些电感量注入到线路,从而达到自动调节线路“电容效应”的目的。

      “自动调节并联电抗器”绕组的连接和切断过程与有载调容变压器的基本相同,不同之处在于变压器的分接开关仅改变绕组比。而电抗器输出的无功功率受绕组匝数比的影响很大,如果忽略绕组区内漏磁通的影响,输出无功功率在恒定电压下将与匝数平方成正比。这就意味着在相等匝数下功率随断开级数的上升而上升。通过有载调节开关调节不同级的匝数,可以近似获得相应的无功功率。

       采用“自动调节并联电抗器”调节线路无功功率,需根据线路的实际运行状况来量身设计,调节容量一般按照预定调节范畴设计成 5-9个档位,每个档位设计成不同电感容量的匝数,通过“电抗器容量自动调节控制器”控制有载调节开关的伺服电机进行阶梯式自动分级调节。

       由于电网公司力率考核cosφ值为 0.90- 0.92,因此线路功率因数可调节动态区间很大,因此采用“自动调节并联电抗器”分级调节完全能满足将线路功率因数cosφ控制在0.92-0.98的区间内。

      “自动调节并联电抗器”具有性能稳定、操作简单、造价低、维护成本低,运行有功消耗低(占输出容量的1.0%-2.1%)等优点。


根据使用场所和绝缘结构不同,铁芯电抗器可分为油浸式、树脂浇注干式


       由于轨道交通用电的电能计量点安装在电网公司变电所的出线间隔处,在计量点将其计量功率因数控制在0.92-0.98区间,这样不仅不会受到电网公司的罚款,根据电网公司的用户力率考核标准还会得到奖励(详见附表)。

       电网公司变电所至轨道交通变电所之间有距离不等的一段110kV或220kV线路,在计算线路"电容效应"所产生无功功率时,不仅要正确计算出轨道沿线(或分段)铺设的35kV/10kV环网配电线路所产生的无功功率,还要正确计算出变电所与变电所之间的输电线路所产生的无功功率。


 接入方式

      采用分散式接入方式,是解决线路"电容效应"的最佳办法。

      在轨道交通35kV或10kV沿线的牵引站、站台配电变压器的前端接入"自动调节并联电抗器",使空载或轻载时线路中的无功功率尽可能达到就地平衡。与此同时,在变电所接入一台"自动调节并联电抗器"作为最后关口的精细调节,这样能很好控制目标功率因数,解决无功向电网倒送的问题。

      分散式接入的电抗器容量相对较小,其容量必须根据每段线路"电容效应"所产生的实际无功功率进行准确计算。

       分散式接入方案采用专用"电抗器容量自动调节控制器"对电抗器进行自动调节控制。控制器设计成"一主多从"的结构,即一台主控制器作为"主机"(设置在变电所),多台就地控制器作为"从机"(设置在车站、牵引站配电室)。"主机"与"从机"之间采用GPRS或"以太网"的通讯方式进行组网。

      "主机"在采集各台"从机"的各种电参数的同时,还负责对设置在设置在车站、牵引站配电室内的电抗器做最后关口的功率因数调节控制。"从机"在负责就地电抗器进行自动调节控制的同时,还向"主机"上传各种运行电参数。这种方案可使多台设置在车站、牵引站配电室的电抗器与设置在变电所的电抗器自动有序地对无功功率进行自动调节,把计量关口的功率因数控制在目标值内。


 一次系统图



成套装置的结构配置