摘要：多線合用牽引變電所運行條件復雜,實測數(shù)據(jù)更能反映牽引變電所真實的運行狀況。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,然后基于實測數(shù)據(jù)對合蚌客專3座牽引變電所電能質(zhì)量進行了分析。通過分析得出,牽引變電所電能質(zhì)量符合國家標準要求,但是個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)量評估是新建鐵路開通前的重要內(nèi)容,但是電能質(zhì)量評估中采取的各類數(shù)據(jù)是理論計算值,并不能真實反映電氣化鐵路實際運行情況。特別是當鐵路開通后,有其他線路接入,牽引變電所的運行條件發(fā)生了重大改變,這時需要對牽引變電所實際運行數(shù)據(jù)進行測量,利用實測數(shù)據(jù)對牽引變電所電能質(zhì)量進行分析和評估。

1、概況

合肥至蚌埠客運專線(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。為了實現(xiàn)資源共享,節(jié)省工程投資,根據(jù)線位特點,3座牽引變電所同時為多條鐵路供電: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雜,電力機車類型多,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時運行數(shù)據(jù)進行了采集,并基于實測數(shù)據(jù)對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)主要受三個方面影響。

(1)交直型電力機車。交直型電力機車(如SS系列)功率因數(shù)在0．8左右,交直交型電力機車(如和諧號、復興號、HXD等)功率因數(shù)在0．97以上。目前,交直型電力機車僅在部分普速電氣化鐵路中運行,交直交型電力機車所占比例越來越高,相關(guān)的文獻分析結(jié)果表明,在兩種電力機車混跑的線路中,交直型電力機車所占比例達到22．9％時,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,會產(chǎn)生分布式容性電流。以一個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)生的無功功率相對于機車功率小,但是當線路上開行的列車對數(shù)少,線路空載率過高時,牽引變電所全天功率因數(shù)會降低。

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

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

2.2實測數(shù)據(jù)分析

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

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

由圖2~4可以看出,劉府牽引變電所存在較長時間的線路空載情況,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變電所運維云平臺

5.1概述

基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動通訊等技術(shù)開發(fā)的云端管理平臺，滿足用戶或運維公司監(jiān)測眾多變電所回路運行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運行溫度、現(xiàn)場設(shè)備或環(huán)境視頻場景等需求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)一個中心，集中存儲、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、PAD等各類終端鏈接訪問、接收警報，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)變配電運行維護系統(tǒng)的新建、擴建和改建。

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)和交換機等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過交換機把數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器端口，網(wǎng)絡(luò)故障時數(shù)據(jù)可存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復時從中斷的位置繼續(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)主動傳送過來的數(shù)據(jù)。

展示層：用戶通過手機、平板、電腦等多終端的方式訪問平臺信息。

5.4系統(tǒng)功能

5.4.1用能月報

用能月報支持用戶按總用電量、變電站名稱、變電站編號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站點監(jiān)測

站點監(jiān)測包括概況、運行狀態(tài)、當日事件記錄、當日逐時用電曲線、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站所的變壓器功率、負荷率、等運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持按負荷率、功率等升、降序排名。

5.4.4運維

運維展示當前用戶管理的有關(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)、電流等運行狀態(tài)及信息，支持電壓、電流、功率等詳細運行參數(shù)查詢。

5.4.6視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控展示了當前實時畫面（視頻直播），選中某一個變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)視頻信息。