哈大線牽引變電所無功補(bǔ)償方案和典型故障處理

陳鳳維

摘 要：由于牽引供電系統(tǒng)自身的原因，其產(chǎn)生的無功相當(dāng)嚴(yán)重，而電力部門對(duì)功率因數(shù)又相當(dāng)重視，對(duì)功率因數(shù)偏低的用戶實(shí)行罰款。為此必須采取措施提高功率因數(shù)使之持續(xù)穩(wěn)定地保持在0.9以上，提高有功功率，充分運(yùn)用電能，減少損失，減少電氣線路和變壓設(shè)備的負(fù)擔(dān)，提高電氣線路和變壓設(shè)備的利用率，降低電氣線路的發(fā)熱量。

本文針對(duì)我國(guó)哈大線的情況，著重介紹了哈大線上的牽引變電所采取的無功補(bǔ)償方案，介紹了RVS-RVK功率因素控制器的常見故障和典型故障的處理。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償 功率因數(shù) 牽引變電所

中圖分類號(hào)： U224 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）04（b）-0064-02

Abstract：Since The traction power supply system ， it can bring great negative power，while electric power department pay much attention to that，they will punish the bad one whose factor is low，so it must be take action to keep the factor 0.9 or more.To improve positive power，make the most use of energy，reduce expense ，reduce the press from the electric line and transformation eqyipment，make better use of the electrc line and transformation，reduce the heat from the electric line.

This paper about the situation of HADA-line， and focus on the HADA-line traction substation to the reactive compensation package， introduced the RVS-RVK power factor controller to use.

Keywords： reactive power compensation power factor traction substation

哈大線北起哈爾濱，南到大連，途經(jīng)長(zhǎng)春、四平、沈陽(yáng)、鞍山等108個(gè)城市，全長(zhǎng)946.5公里，并同沈山、沈吉等23條干線銜接。這條鐵路客流量大，貨運(yùn)量多，是東北地區(qū)經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈，有“黃金線”的美譽(yù)。哈大鐵路線于2001年8月成功地完成了電氣化改造，在改造過程中引進(jìn)了德國(guó)電氣化鐵路技術(shù)、設(shè)備維修和管理項(xiàng)目，是我國(guó)較先進(jìn)的一條電氣化鐵路。

牽引變電所采用的是兩級(jí)投入式的補(bǔ)償裝置。當(dāng)無功功率達(dá)到62%時(shí)，第一級(jí)補(bǔ)償投入，無功補(bǔ)償為2.4 Mvar；當(dāng)無功功率達(dá)到81%時(shí)，第二級(jí)補(bǔ)償投入，無功補(bǔ)償為4.8 Mvar。

在哈大線上的各個(gè)牽引變電所均采用了RVS-RVK功率控制器來控制補(bǔ)償投切，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)其控制回路元器件易發(fā)生問題，需及時(shí)處理。（見圖1）

1 RVS-RVK功率控制器常見故障及解決方法

1.1 沒有獲得預(yù)置的功率因素

在低負(fù)荷情況下，一個(gè)功率因素能與微小的感應(yīng)電流相對(duì)應(yīng)。對(duì)補(bǔ)償而言，相應(yīng)的電容器等級(jí)太大。如果平均在一定時(shí)間內(nèi)太低，預(yù)置可能會(huì)增加。

1.2 控制器提示意已接通電容器檔，但沒有激活電流接觸器

檢查功率接觸器和控制器的輸出線連接圖。

1.3 警報(bào)被激活

無功功率在幾分鐘內(nèi)有很高的要求，當(dāng)不足以補(bǔ)償無功功率時(shí)，它將顯示報(bào)警。

1.4 雖然所需無功功率相對(duì)較低，但是仍然接通了所有電容器

需把CT放到電容器的負(fù)載檔。

1.5 控制器已連接上，但是不能工作（無LED亮）

檢查電壓設(shè)置和安裝在控制器后邊的保險(xiǎn)絲（0.1A/250V）。

2 典型故障及處置方案

2011年11月，雙城牽引變電所電容補(bǔ)償間隔斷路器持續(xù)分閘，功率因數(shù)下降，數(shù)值在0.7～0.85之間持續(xù)了一個(gè)月，使無功功率增大了3～5倍，一個(gè)月下來系統(tǒng)電能損失嚴(yán)重超標(biāo)。

經(jīng)調(diào)查，雙城牽引變電所補(bǔ)償裝置運(yùn)行為非正常狀態(tài)。功率因數(shù)最低為0.22。在欠補(bǔ)償階段，功率因數(shù)平均下降約10%左右。

電量對(duì)比：查看欠補(bǔ)償?shù)碾A段時(shí)間里的電量計(jì)量情況：將電量計(jì)量盤的計(jì)數(shù)進(jìn)行對(duì)比觀察，就能發(fā)現(xiàn)無功功率在持續(xù)增加，這就是不正常的現(xiàn)象。在正常時(shí)間里，無功功率每天的變化量在0.03～0.01之間，而非正常時(shí)無功功率變化量在0.25～0.15之間。因此通過對(duì)比就能直觀地看到它的變化是異常的。

2.1 存在的問題分析

功率因數(shù)下降的問題就是，無功功率增加了，電能損失增大了。電容補(bǔ)償裝置補(bǔ)償無功功率的效果不好，補(bǔ)償沒有到位。從設(shè)計(jì)上的補(bǔ)償數(shù)值是足夠用的。雙城牽引變電所是31.5 MVA容量的變電所，使用的補(bǔ)償裝置是兩級(jí)投入式的補(bǔ)償裝置。

通過“排除法”排查故障的原因。

（1）首先，停電檢查補(bǔ)償間隔的斷路器，對(duì)其進(jìn)行功能測(cè)試及分合閘試驗(yàn)，斷路器沒有什么問題。可以排除。

（2）停電檢查了電容器、電抗器、差動(dòng)流互，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，檢查后確認(rèn)補(bǔ)償裝置正常。

（3）然后，我們檢查了SPAJ140補(bǔ)償保護(hù)裝置。利用專用筆記本對(duì)其參數(shù)及功能檢查，檢查證明是正常狀態(tài)。

（4）最后，檢查由補(bǔ)償調(diào)整控制器、盤后保險(xiǎn)裝置到繼電器裝置組成的的二次控制回路，這部分比較復(fù)雜。我們仔細(xì)檢查認(rèn)為問題出現(xiàn)在這個(gè)部分。endprint

控制回路上的6個(gè)時(shí)間繼電器正常時(shí)的狀態(tài)：

繼電器都正常使用時(shí)（并非6個(gè)繼電器的指示燈都亮），K4.2的指示燈亮，J5的221斷路器為分閘狀態(tài)；K4.3的指示燈亮?xí)r，是J5的221斷路器為合閘狀態(tài)；K5.2時(shí)間繼電器指示燈亮?xí)r，J4的222斷路器為分閘狀態(tài)，K5.3時(shí)間繼電器指示燈亮?xí)r，J4的222斷路器為合閘狀態(tài)。

將雙城變的設(shè)備狀態(tài)與王崗變的設(shè)備進(jìn)行比較。通過對(duì)比，初步認(rèn)定雙城變電所的繼電器出現(xiàn)了問題。

經(jīng)過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)觀察，我們又有新發(fā)現(xiàn)，原來時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間超過了本身的延時(shí)整定時(shí)間，表面上看是做了反映發(fā)出指令，實(shí)際上它的指令如同一紙空文，控制回路沒有執(zhí)行。

這就要求我們解決兩個(gè)問題，一是要解決延時(shí)超時(shí)的問題，二是要解決回路上穩(wěn)定的信號(hào)傳輸?shù)膯栴}。只有解決了這兩個(gè)問題，才能使繼電器有效地發(fā)出命令，同時(shí)命令信號(hào)得到穩(wěn)定的電壓的支持，最后得到可靠地執(zhí)行，才能使“兩級(jí)”補(bǔ)償正常地進(jìn)行投入與切換。

2.2 改善補(bǔ)償控制回路功能的方法

（1）首先我們想到了更換延時(shí)繼電器，然而經(jīng)過論證這是不切實(shí)際的。這是德國(guó)進(jìn)口的，價(jià)格昂貴而且通過聯(lián)系沒有合適的現(xiàn)貨。

（2）用國(guó)內(nèi)的延時(shí)繼電器配件替換。國(guó)內(nèi)的相關(guān)配件并不理想，因?yàn)閺S家要根據(jù)技術(shù)參數(shù)現(xiàn)制作，運(yùn)行后不能保證效果。

（3）添加相關(guān)元器件，增加1個(gè)延時(shí)繼電器，是最經(jīng)濟(jì)又快捷的辦法。使控制回路功能趨于穩(wěn)定，改善補(bǔ)償裝置現(xiàn)狀，提高功率因數(shù)。

相比之下，第三方案選擇添加控制模塊最為理想。既能解決延時(shí)超時(shí)問題，又能解決回路穩(wěn)定的信號(hào)傳輸問題。

2.3 試驗(yàn)效果

于2012年3月，將延時(shí)繼電器SN2模塊安裝在雙城牽引變電所的補(bǔ)償控制回路內(nèi)，通過一段時(shí)間的觀測(cè)，證實(shí)發(fā)揮了很好的效用

2012年3月至12月，雙城牽引變電所補(bǔ)償裝置投切效果非常明顯。安裝前與加裝后的自動(dòng)投切故障比較如圖2：

2012年3月至12月，雙城牽引變電所補(bǔ)償功率因數(shù)與2011年同期相對(duì)比有很大提高，效果很明顯。（見圖3）

通過巡視觀察、記錄、分析，采取措施后與采取措施前相比，設(shè)備運(yùn)行良好。功率因數(shù)提高約10%，達(dá)到了穩(wěn)定的0.9以上。既達(dá)到了電業(yè)局的要求，又滿足了變電系統(tǒng)內(nèi)部需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 賀建閩.牽引變電所功率因數(shù)及其補(bǔ)償措施研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，1997，19（3）.

[2] 周勇.電力牽引負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量的影響[J].鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，22（3）.

[3] 馬軍.電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)的影響[J].西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，18（2）.

[4] 韓禎祥.電力系統(tǒng)分析[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，1999.endprint

控制回路上的6個(gè)時(shí)間繼電器正常時(shí)的狀態(tài)：

繼電器都正常使用時(shí)（并非6個(gè)繼電器的指示燈都亮），K4.2的指示燈亮，J5的221斷路器為分閘狀態(tài)；K4.3的指示燈亮?xí)r，是J5的221斷路器為合閘狀態(tài)；K5.2時(shí)間繼電器指示燈亮?xí)r，J4的222斷路器為分閘狀態(tài)，K5.3時(shí)間繼電器指示燈亮?xí)r，J4的222斷路器為合閘狀態(tài)。

將雙城變的設(shè)備狀態(tài)與王崗變的設(shè)備進(jìn)行比較。通過對(duì)比，初步認(rèn)定雙城變電所的繼電器出現(xiàn)了問題。

經(jīng)過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)觀察，我們又有新發(fā)現(xiàn)，原來時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間超過了本身的延時(shí)整定時(shí)間，表面上看是做了反映發(fā)出指令，實(shí)際上它的指令如同一紙空文，控制回路沒有執(zhí)行。

這就要求我們解決兩個(gè)問題，一是要解決延時(shí)超時(shí)的問題，二是要解決回路上穩(wěn)定的信號(hào)傳輸?shù)膯栴}。只有解決了這兩個(gè)問題，才能使繼電器有效地發(fā)出命令，同時(shí)命令信號(hào)得到穩(wěn)定的電壓的支持，最后得到可靠地執(zhí)行，才能使“兩級(jí)”補(bǔ)償正常地進(jìn)行投入與切換。

2.2 改善補(bǔ)償控制回路功能的方法

（1）首先我們想到了更換延時(shí)繼電器，然而經(jīng)過論證這是不切實(shí)際的。這是德國(guó)進(jìn)口的，價(jià)格昂貴而且通過聯(lián)系沒有合適的現(xiàn)貨。

（2）用國(guó)內(nèi)的延時(shí)繼電器配件替換。國(guó)內(nèi)的相關(guān)配件并不理想，因?yàn)閺S家要根據(jù)技術(shù)參數(shù)現(xiàn)制作，運(yùn)行后不能保證效果。

（3）添加相關(guān)元器件，增加1個(gè)延時(shí)繼電器，是最經(jīng)濟(jì)又快捷的辦法。使控制回路功能趨于穩(wěn)定，改善補(bǔ)償裝置現(xiàn)狀，提高功率因數(shù)。

相比之下，第三方案選擇添加控制模塊最為理想。既能解決延時(shí)超時(shí)問題，又能解決回路穩(wěn)定的信號(hào)傳輸問題。

2.3 試驗(yàn)效果

于2012年3月，將延時(shí)繼電器SN2模塊安裝在雙城牽引變電所的補(bǔ)償控制回路內(nèi)，通過一段時(shí)間的觀測(cè)，證實(shí)發(fā)揮了很好的效用

2012年3月至12月，雙城牽引變電所補(bǔ)償裝置投切效果非常明顯。安裝前與加裝后的自動(dòng)投切故障比較如圖2：

2012年3月至12月，雙城牽引變電所補(bǔ)償功率因數(shù)與2011年同期相對(duì)比有很大提高，效果很明顯。（見圖3）

通過巡視觀察、記錄、分析，采取措施后與采取措施前相比，設(shè)備運(yùn)行良好。功率因數(shù)提高約10%，達(dá)到了穩(wěn)定的0.9以上。既達(dá)到了電業(yè)局的要求，又滿足了變電系統(tǒng)內(nèi)部需求。

參考文獻(xiàn)

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[2] 周勇.電力牽引負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量的影響[J].鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，22（3）.

[3] 馬軍.電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)的影響[J].西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，18（2）.

[4] 韓禎祥.電力系統(tǒng)分析[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，1999.endprint

控制回路上的6個(gè)時(shí)間繼電器正常時(shí)的狀態(tài)：

繼電器都正常使用時(shí)（并非6個(gè)繼電器的指示燈都亮），K4.2的指示燈亮，J5的221斷路器為分閘狀態(tài)；K4.3的指示燈亮?xí)r，是J5的221斷路器為合閘狀態(tài)；K5.2時(shí)間繼電器指示燈亮?xí)r，J4的222斷路器為分閘狀態(tài)，K5.3時(shí)間繼電器指示燈亮?xí)r，J4的222斷路器為合閘狀態(tài)。

將雙城變的設(shè)備狀態(tài)與王崗變的設(shè)備進(jìn)行比較。通過對(duì)比，初步認(rèn)定雙城變電所的繼電器出現(xiàn)了問題。

經(jīng)過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)觀察，我們又有新發(fā)現(xiàn)，原來時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間超過了本身的延時(shí)整定時(shí)間，表面上看是做了反映發(fā)出指令，實(shí)際上它的指令如同一紙空文，控制回路沒有執(zhí)行。

這就要求我們解決兩個(gè)問題，一是要解決延時(shí)超時(shí)的問題，二是要解決回路上穩(wěn)定的信號(hào)傳輸?shù)膯栴}。只有解決了這兩個(gè)問題，才能使繼電器有效地發(fā)出命令，同時(shí)命令信號(hào)得到穩(wěn)定的電壓的支持，最后得到可靠地執(zhí)行，才能使“兩級(jí)”補(bǔ)償正常地進(jìn)行投入與切換。

2.2 改善補(bǔ)償控制回路功能的方法

（1）首先我們想到了更換延時(shí)繼電器，然而經(jīng)過論證這是不切實(shí)際的。這是德國(guó)進(jìn)口的，價(jià)格昂貴而且通過聯(lián)系沒有合適的現(xiàn)貨。

（2）用國(guó)內(nèi)的延時(shí)繼電器配件替換。國(guó)內(nèi)的相關(guān)配件并不理想，因?yàn)閺S家要根據(jù)技術(shù)參數(shù)現(xiàn)制作，運(yùn)行后不能保證效果。

（3）添加相關(guān)元器件，增加1個(gè)延時(shí)繼電器，是最經(jīng)濟(jì)又快捷的辦法。使控制回路功能趨于穩(wěn)定，改善補(bǔ)償裝置現(xiàn)狀，提高功率因數(shù)。

相比之下，第三方案選擇添加控制模塊最為理想。既能解決延時(shí)超時(shí)問題，又能解決回路穩(wěn)定的信號(hào)傳輸問題。

2.3 試驗(yàn)效果

于2012年3月，將延時(shí)繼電器SN2模塊安裝在雙城牽引變電所的補(bǔ)償控制回路內(nèi)，通過一段時(shí)間的觀測(cè)，證實(shí)發(fā)揮了很好的效用

2012年3月至12月，雙城牽引變電所補(bǔ)償裝置投切效果非常明顯。安裝前與加裝后的自動(dòng)投切故障比較如圖2：

2012年3月至12月，雙城牽引變電所補(bǔ)償功率因數(shù)與2011年同期相對(duì)比有很大提高，效果很明顯。（見圖3）

通過巡視觀察、記錄、分析，采取措施后與采取措施前相比，設(shè)備運(yùn)行良好。功率因數(shù)提高約10%，達(dá)到了穩(wěn)定的0.9以上。既達(dá)到了電業(yè)局的要求，又滿足了變電系統(tǒng)內(nèi)部需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 賀建閩.牽引變電所功率因數(shù)及其補(bǔ)償措施研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，1997，19（3）.

[2] 周勇.電力牽引負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量的影響[J].鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，22（3）.

[3] 馬軍.電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)的影響[J].西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，18（2）.

[4] 韓禎祥.電力系統(tǒng)分析[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，1999.endprint