李 剑，袁 勇，高 宏

0 概述

南昆铁路采用部分带回流线的直接供电方式；全线共设18 座牵引变电所；各牵引变电所均采用三/二相不等容牵引变压器，安装容量由 2×12.5 MV·A 至2×25 MV·A 不等；各牵引变电所27.5 kV 侧均装设了固定电容补偿装置。1998 年变更设计时在部分牵引变电所内及区间增设了串联电容补偿装置。其电气化铁路运行采用交直传动型电力机车，该类机车采用半控桥式整流装置，通过控制晶闸管的导通角来实现机车出力的调节，导致功率因数较低（0.75～0.8），并产生较丰富谐波。

该线外部电源除个别牵引变电所外普遍较弱，尤以百色—威舍段为甚。以百色—威舍段的田林牵引变电所和平林（小平塘）牵引变电所的外部电源为例，田林牵引变电所为百色沙坡220/110 kV 变电站引出2 回110 kV 电源供电，110 kV 线路供电距离达到了68 km；平林牵引变电所为隆林220/110 kV 变电站引出2 回110 kV 电源供电，110 kV线路供电距离为58 km。其中田林110 kV 最小短路容量仅为195.64 MV·A，可见，影响南昆铁路牵引供电系统电压水平的主要因素是外部电源薄弱，机车自然功率因数偏低。

1 电压水平理论计算及重载测试

1.1 电压水平理论计算

1.1.1 计算条件

机车功率因数暂按0.8 计，适当考虑实际运行情况。110 kV 外电情况：根据现场实际运行情况按电力系统最小运行方式取值，田林牵引变电所按最小短路容量195.64 MV·A 计算。

1.1.2 田林牵引变电所理论计算

田林牵引变电所采用三/二相不等容牵引变压器，安装容量2×25 MV·A，供电臂长度分别为喜屯方向32.25 km，岩龙方向31.182 km，并在田林牵引变电所、汪甸站、潞城乡站设置了串联电容补偿装置，补偿了7.16 kV 和7.39 kV 的电压，其电压水平理论计算结果见表1。

由上述计算结果可知，对接触网末端最低电压水平的影响，主要为牵引网压损及系统、牵引变压器压损。

1.2 牵引重载试验测试验证

1.2.1 试验排车情况

牵引重载试验时田林牵引变电所主要测试田林—岩龙供电臂。共3 列列车运行，其中，2 列为双机牵引，1 列为单机牵引。

1.2.2 测试结果

田林牵引变电所测试数据见表2；供电臂末端区间机车测试数据见表3。

表1 田林牵引变电所电压水平计算结果表

表2 田林牵引变电所测试数据表

表3 供电臂末端区间机车测试数据表

2 影响牵引供电系统电压水平因素分析

从以上理论计算及测试结果可见，影响牵引供电系统电压水平的因素主要有以下2 个方面。

2.1 110 kV 系统

试验时测得110 kV 侧三相空载最高电压达到121 kV，而在最大负荷情况下（牵引变电所馈线电流约910 A），110 kV 侧最低电压仅93.62 kV，折算至27.5 kV 牵引侧其系统电压损失达到7.25 kV，与理论计算结果基本一致。由此可见，110 kV 进线电压波动大大超过了国家标准规定的限值，反映了系统短路容量小、短路阻抗大，致使牵引负荷在电力系统中造成的电压损失增大。

2.2 功率因数

测试过程中SS7机车功率因数、牵引变电所功率因数均偏低，使牵引供电系统设备的供电能力不能充分利用，还导致线路及变压器的无功损耗增加，电压损失增大。

以上2 个原因均极大地加大了系统、牵引变压器、牵引网的压损，直接导致了供电臂末端牵引网电压水平偏低，引起实际运营中列车多次发生运缓、坡停、跳闸等情况。

3 综合补偿措施

通过以上分析可以看出，在外部电源短时间内难以切实得到改善的情况下，只能改善功率因数，而机车类型决定了机车自然功率因数难以大幅度提高。因此，要提高牵引供电能力，必须对牵引供电系统进行分析并进行相应治理。

3.1 综合补偿措施的选择

目前电气化铁路一般采取如下补偿措施：动态并联电容补偿装置（SVC）；串联电容补偿装置；增压变压器；更换牵引变压器为有载调压三相V/v牵引变压器；载流承力索。

经校验分析，上述任何一种补偿措施均难以使牵引供电系统电压水平达到要求，因此需要采用系统化的综合补偿技术。根据南昆铁路现场实际情况及技术实施的难易程度，拟定了以下补偿方案：

（1）全供电臂设置载流承力索。

（2）保留田林牵引变电所内及供电臂中间设置的串联电容补偿装置（1998 年南昆铁路变更设计时已实施）。

（3）选择由固定滤波装置（FC）与晶闸管相控制电抗器（TCR）构成的静止无功补偿系统（SVC），通过调节电抗器电流，实现无功自动调节，降低无功功率，改善功率因数，实时控制系统功率因数在0.9 以上；保持牵引母线在较高电压水平，增加牵引系统的供电能力；部分吸收3 次、5次、7 次谐波电流，降低谐波电流对电力系统的不良影响。

（4）增设2 台增压变压器作为后备电压补偿措施。

3.2 补偿后的效果验证

采用上述相同计算条件，增设载流承力索、设置可调无功补偿装置后，其计算结果见表4。

实施以上措施后，2005 年对田林牵引变电所再次进行了牵引重载试验测试。在重车通过时，A相（田林—岩龙）电流达到最大值（1.002 4 kA），牵引变电所功率因数为 0.931 9，有功功率为21.852 MW，无功功率为8.502 Mvar，基波电压为23.505 kV。测试曲线见图1。

表4 田林牵引变电所综合补偿效果表

图1 电流、电压及功率因数测试曲线图

由图1 的测试结果可见，在田林牵引变电所供电范围内采用了多种临时应急补偿措施后，其效果较为明显，牵引供电系统的水平得到了较大提高。

可见，针对类似南昆铁路田林牵引变电所外部电源薄弱、机车功率因数低、机车电流大的情况，只有采用多种补偿措施综合考虑，多管齐下，才能解决其供电能力问题。

4 结束语

对于外部电源比较薄弱、牵引负荷较大、采用交直型机车牵引的山区铁路牵引供电系统电压水平问题，首先要掌握牵引供电网络运行状态，对电压水平开展实时监测，以掌握其动态；其次是详细分析电能质量的测试数据及电压水平的影响因素；再次是开展系统的合理设计和改造，结合运行负荷的特点并有针对性地采用技术经济合理的、运行可靠的补偿措施；最后还需进行现场测试，以了解补偿后的效果，并总结经验，最终达到最佳补偿效果。但也应该看到，这些都只能作为临时措施或补充手段，最终解决这些电能问题还是需要一个强大的外部电源系统的支持。特别在国民经济快速发展的背景下，铁路运量快速增长，牵引负荷大幅度提高的情况下，电气化铁路的电能质量问题特别是电压水平问题已经对铁路运输产生了很大影响，因此如何使外部电源建设更适应电气化铁路的负荷特点和需要，应该成为今后电气化铁路沿线外部电源建设的重点研究内容。

[1] GB12325-1990中华人民共和国国家标准 电能质量 供电电压允许偏差[S].

[2] 电气化铁道设计手册 牵引供电系统[M].北京：中国铁道出版社，1988.

[3] 南昆线牵引供电系统能力加强牵引供电施工设计文件铁道第二勘察设计院，2005，2.

[4] 南昆线南宁—威舍全程测试报告 柳州铁路局 铁二院西南交大电气学院，2002.

[5] 田林牵引变电所电能测试报告.