略论尼日利亚拉伊铁路供电系统的无功补偿

摘要：供电系统是铁路基础设施中的关键组成部分，随着电压的波动，系统难免会生成谐波，而应用无功补偿装置可有效过滤谐波，增强补偿效果，提高电流功率，避免供电系统运行期间大量消耗资源。现结合尼日利亚拉伊铁路项目，阐述了无功补偿成套装置的运行环境和自动控制要求，重点对配件的技术要求及质量控制措施展开探讨，以期起到抛砖引玉的作用。

关键词：海外铁路工程;供电系统;无功补偿

1    工程概况

尼日利亚拉伊铁路项目Lagos站（含）至Ibadan站（含）线路为双线内燃铁路，正线全长156.08 km，Apapa港口支线工程长约6.513 km。沿线共设置包含Lagos、Agege、Kajola在内的10座车站。尼日利亚国家主干电网高压采用330 kV、132 kV供电，中压采用33 kV、11 kV供电。其中，高压电力线路基本采用铁塔送电，电网质量较好;但部分地区中压电网年久失修，稳定性较差。

尼日利亚国家电网存在设备陈旧老化、线路不稳固及无完全回路等问题，故其经常发生跳闸和中断供电现象，对生产设备的正常运行造成极大影响。因此，在铁路电力系统的配置工作中，常采用无功补偿成套装置，同时配套高稳定性的真空接触器，以满足自动补偿投切的作业要求。

2    无功补偿成套装置运行环境

（1）该项目环境温度为-5～50 ℃，相对湿度不超过95%，海拔不超过1 000 m。

（2）大气品质方面，Lagos沿海局部地区存在一定程度的烟雾污染问题，其他区域均具有较好的环境，无尘埃、烟气污染等问题。

（3）每月降雨天数约10天。

（4）交流电源的频率为50 Hz，工作电压为33 kV。

3    配件的技术要求及质量控制措施

3.1    无功自动补偿控制器

3.1.1    关键技术指标

电源：DC110 V±15%;交流电压取样100 V;交流电流取样0～5 A;电压整定值为33～40.5 kV;电流互感器变比为200/5～500/5;出口继电器触点容量为DC110 V/5 A;动作间隔时间1～60 min;动作需系统稳定时间2～10 min;功率因数整定值为0.8～0.99。

3.1.2    自动和手动投切开关功能

自动接收33 kV电压及电流的信号，由此展开计算并得到所需补偿值，再根据结果进行电容器的无功自动投切。

3.1.3    远动功能

遥测：覆盖内容包含但不限于电容器组投电容次数、电压、电流、功率因素。

遥信：各电容器位置。

遥控：各电容器合闸、跳闸。

3.1.4    事件记录

记录的内容较为丰富，除记录动作信息外，还可记录近7天的电容器投切次数以及电压合格率。

3.2    電抗器

3.2.1    结构和材料

电抗器采用干式空芯结构，以双聚脂薄膜加环氧玻璃丝包绝缘的导线为基础材料，经绕制后制得电抗器线圈，具有较高的绝缘强度，并采用高温固化等现阶段行业内较为前沿的施工工艺，确保绝缘强度和机械强度满足要求;各绕组的制作采用导线并联或串联绕制的方法，形成若干个包封，各包封间布设有通风管;配套非导磁性材料，置于电抗器的磁回路空间内。

3.2.2    外壳

外壳应具有足够的机械强度，从而维持稳定性，因此要求其能够承受±0.05 MPa的压力作用;配套起吊构件应确保在运输阶段不出现永久变形现象。各附件均采用通用标准件，解决附件配套受型号限制的问题。正常运行工况下，电抗器的使用年限至少需达到20年。33 kV电缆线路并联电抗器后的等效电路图如图1所示。

当系统内发生单相接地故障时，接地电流d、故障相开关对应剩余电流A和非故障相开关对应电流B分别为：

由上式可知，各区段间电抗器的补偿系数为0.9。

3.3    导体

（1）电容器至母线选用的是软导线。出于对安全性和稳定性的考虑，其长期允许电流需达到电容器额定电流的1.5倍及以上，以免出现异常状况[1]。

（2）电容器套管间应具有良好的松弛度，同时电容器套管至母线间所设置的连接线也应满足此方面的要求。

（3）并联装置配套较丰富的连接导体，要求其具有足够的稳定性，需同时满足动稳定和热稳定的双重要求。

3.4    整机

3.4.1    耐受短路电流能力

对于主回路内配套的设备及连接线，必须具有足够的稳定性，即在电容器内部极间短路放电电流的作用下不出现损伤、变形现象，达到稳定运行的效果[2]。

3.4.2    过负荷能力

（1）稳态过电流。在方均根值不大于1.10×1.30In的电流条件中能够维持稳定运行的状态。

（2）稳态过电压，具体要求如表1所示。

3.5    箱式电抗器技术要求

3.5.1    结构和材料

铁芯原材料选用的是优质硅钢片，根据铁芯的规格采取多点接地措施，以保证其在长途运输期间可抵御外部的冲击作用，同时在经过长期的运行后依然不出现任何形式的松散、变形现象。在绕组的设计和实际操作中，均要充分考虑电抗器的运行特点，即其绝缘强度和散热能力，以免出现异常运行的情况。

电抗器的铁芯和金属件需要接地，以创造安全的运行环境。接地装置的使用环境较特殊，需设置防锈镀层，并于显眼的位置设置接地标志。设置在电抗器上的接线端子应满足相关规定，在绕组处配套“高压危险”的警示标志。此外，电抗器应具有足够的承载力。

3.5.2    外壳

尺寸的设计应考虑到铁路运输装载界限的要求，外壳易受到雨水、日晒等自然环境的影响，因此需加强防护，宜采取双层、密封的结构，要求其具有保温隔热、防腐蚀、防尘、防水的特点，确保20年内不出现锈蚀现象。以钢板为材料，按设计尺寸制作双层外壳，在两层间设置防火隔温材料，且金属外壳需满足机械应力防护要求。应严格控制金属外壳板的厚度，确保其能够抵御尖锐物体对其的破坏性影响，规避异物侵入的问题，从源头上消除安全隐患。此外，为满足防护要求，外壳结构均要采用阻燃材料。

4    结语

在海外铁路电力供应系统的构建中，尤其是电网不完善的非洲国家，若能够合理应用无功补偿装置，便可有效过滤系统谐波，改善补偿效果，提高电流功率。作为工程人员，需要以需求为主合理选择材料，深度优化方法，加强防护，确保无功补偿装置稳定运行。

[参考文献]

[1] 王刚.蒙内铁路电力供电工程设计[J].工程建设与设计，2018（22）：75-76.

[2] 芮晨.铁路电力供电系统无功补偿研究[J].铁道标准设计，2014，58（7）：149-152.

收稿日期：2021-01-22

作者简介：李旭（1988—），男，河北保定人，工程师，从事海外铁路四电方面的工作。