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关于集中式供电末端变电所空载电压偏高的分析与对策

发表时间：2021/4/6 来源：《建筑科技》2020年9月下作者：戴福

[导读] 通过对轨道交通集中式供电末端变电所空载电压偏高的数据采集，分析了牵引变电所整流设备电压调整范围对末端空载电压的影响，以及中压环网电缆容升效应的影响等，总结出实际工程中可降低集中式供电末端变电所空载电压的对策，对地铁供电系统的设计及运营管理有一定借鉴意义。

重庆市轨道交通（集团）有限公司戴福 401121

摘要：通过对轨道交通集中式供电末端变电所空载电压偏高的数据采集，分析了牵引变电所整流设备电压调整范围对末端空载电压的影响，以及中压环网电缆容升效应的影响等，总结出实际工程中可降低集中式供电末端变电所空载电压的对策，对地铁供电系统的设计及运营管理有一定借鉴意义。
关键词：集中式供电；环网；电压；整流
        引言：
        轨道交通集中式供电是指由本线或其他线路的主变电所为本线牵引变电所及降压变电所供电的外部供电方式。通常引入城市电网110 kV或220 kV外电源，建设专用的主变电所，主变电所再向地铁的牵引变电所和降压变电所供电，地铁自身组成完整的供电网络系统。近几年新建的地铁系统多采用集中供电方式，地铁沿线变电所采取环网连接，随着轨道交通线网规模的不断扩大，新建线路中压系统逐步采用大环网供电方式。采用大环网供电的地铁线路，在夜间停运后，末端变电所中压系统和1500V直流系统电压均存在偏高的情况，严重时会达到再生制动逆变装置启动电压。
        一、轨道交通集中式供电的现状
        目前国内轨道交通地铁供电系统从地方电网将110 kV电源引入主变电所后经35 kV及环网将电源输送至沿线变电所；一个大环网供电分区约覆盖正线10-15个牵引、降压变电所，一个电源的电缆线路长约25-32公里（图一）。主变电所主变压器为有载调压功能，可调档位17档、每调节一档可变换低压侧约0.4375 kV及,正线变电所配电变压器可通过调整分接压板调整档位，可调档位为5个，每个档位低压侧可调整10 V左右；整流变压器通过改变分节压板可有5个档位的调节范围，每个档位低压侧电压调整28V左右。地铁在运营时段由于机车制动或取流造成接触网电压波动较大，最低约1350 V，最高可达1760 V左右。夜间停运后，直流1500 V系统处于空载状态，靠近供电分区末端电压越高，可达1690 V，再生制动逆变功能出现短暂吸收。

二、电压数据采集与分析
在地铁供电系统中直流1500V系统波动范围较大，在运行时波动范围在1350V-1750V左右，在夜间停运后空载电压根据变电所的在供电分区的位置有不同的差别，越靠近末端电压越高，以重庆轨道交通五号线北段一供电分区为例，该供电分区共涉及10个正线变电所和一个主变电所，分别在运行时段和夜间停运时段采集各变电所35 kV及1500V电压，发现运行时间内35 kV电压差别不大，1500V直流电压受列车取流影响存在无规律的波动，在夜间停运后直流电压存在普遍偏高的现象，与站间距存在线性升高的关系。（图二、图三）

        三、电压调整范围分析
        正常运行时，机车取流会造成接触网电压降低，因此需保证在应在各种运行模式下接触网电压都不能过低。以重庆轨道交通五号线供电分区为例，在接触网空载电压1650V的情况下，最大牵引电流为2400A的机车在线路上运行，会将接触网电压降低至1380V。
        根据实际运营经验，既要保证正常运行的机车取流，又要使停运后接触网空载电压不偏高，需将接触网电压稳定在1613V-1660V范围内。按整流变压器最宽调整范围在第1档，即36750/1180计算，推算出35kV电压的范围为：
Umin=（1613×36750）/（1180×1.41）=35628V,
Umax=（1660×36750）/（1180×1.41）=36666V,
        电压差U=36666-35628=1038V
        上述计算可知，空载时每公里环网电缆容升效益引起的35kV系统变压变化平均值为：U=,由此可以推断出合理的供电分区距离应为：L==30.1km。
        四、对策
        随着轨道交通在我国的大力发展，关于轨道交通集中式供电末端变电所空载电压偏高的问题将趋于明显，本文仅在35kV中压系统展开了讨论，在实际工程中可采取下列措施将容升效应钳制在正常范围内：
        1、通过合理划分供电分区，每个供电分区不宜大于30公里，尽量减少线路分布电容，降低无功潮流分布，可降低线路末端由容升效应造成的末端电压升高。
        2、采用调节范围更大的设备
        采用调节范围更大的整流变压器，将现有5个挡位的调节范围加大至于6-7个挡位，可有效改善线路电压调节范围，降低线路末端电压，从而降低接触网空载时的电压，降低再生制动系统的启动频率，有效保障供电可靠性。
        3、增加并联电抗器的补偿
        增加并联电抗器的作用是吸收多余的容性无功功率，将线路在空载时的电压控制在允许范围内。并联电抗器可以降低空载时线路容升效应引起的电压升高，改善无功潮流分布，提高功率因数，提高供电效率。
参考文献
【1】唐彬伟长线路末端电压抬高的在思考黑龙江电力学报 2011年8月第3卷第4期
【2】李国征电力电缆线路设计施工手册中国电力出版社 2007年版
【3】《电力工程电缆设计标准》GB50217-2008