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摘 要：由于牵引供电系统自身的原因，其产生的无功相当严重，而电力部门对功率因数又相当重视，对功率因数偏低的用户实行罚款。为此必须采取措施提高功率因数使之持续稳定地保持在0.9以上，提高有功功率，充分运用电能，减少损失，减少电气线路和变压设备的负担，提高电气线路和变压设备的利用率，降低电气线路的发热量。
本文针对我国哈大线的情况，着重介绍了哈大线上的牵引变电所采取的无功补偿方案，介绍了RVS-RVK功率因素控制器的常见故障和典型故障的处理。
关键词：无功补偿 功率因数 牵引变电所
中图分类号： U224 文献标识码：A 文章编号：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
哈大线北起哈尔滨，南到大连，途经长春、四平、沈阳、鞍山等108个城市，全长946.5公里，并同沈山、沈吉等23条干线衔接。这条铁路客流量大，货运量多，是东北地区经济大动脉，有“黄金线”的美誉。哈大铁路线于2001年8月成功地完成了电气化改造，在改造过程中引进了德国电气化铁路技术、设备维修和管理项目，是我国较先进的一条电气化铁路。
牵引变电所采用的是两级投入式的补偿装置。当无功功率达到62%时，第一级补偿投入，无功补偿为2.4 Mvar；当无功功率达到81%时，第二级补偿投入，无功补偿为4.8 Mvar。
在哈大线上的各个牵引变电所均采用了RVS-RVK功率控制器来控制补偿投切，运行中发现其控制回路元器件易发生问题，需及时处理。（见图1）
1 RVS-RVK功率控制器常见故障及解决方法
1.1 没有获得预置的功率因素
在低负荷情况下，一个功率因素能与微小的感应电流相对应。对补偿而言，相应的电容器等级太大。如果平均在一定时间内太低，预置可能会增加。
1.2 控制器提示意已接通电容器档，但没有激活电流接触器
检查功率接触器和控制器的输出线连接图。
1.3 警报被激活
无功功率在几分钟内有很高的要求，当不足以补偿无功功率时，它将显示报警。
1.4 虽然所需无功功率相对较低，但是仍然接通了所有电容器
需把CT放到电容器的负载档。
1.5 控制器已连接上，但是不能工作（无LED亮）
检查电压设置和安装在控制器后边的保险丝（0.1A/250V）。
2 典型故障及处置方案
2011年11月，双城牵引变电所电容补偿间隔断路器持续分闸，功率因数下降，数值在0.7～0.85之间持续了一个月，使无功功率增大了3～5倍，一个月下来系统电能损失严重超标。
经调查，双城牵引变电所补偿装置运行为非正常状态。功率因数最低为0.22。在欠补偿阶段，功率因数平均下降约10%左右。
电量对比：查看欠补偿的阶段时间里的电量计量情况：将电量计量盘的计数进行对比观察，就能发现无功功率在持续增加，这就是不正常的现象。在正常时间里，无功功率每天的变化量在0.03～0.01之间，而非正常时无功功率变化量在0.25～0.15之间。因此通过对比就能直观地看到它的变化是异常的。
2.1 存在的问题分析
功率因数下降的问题就是，无功功率增加了，电能损失增大了。电容补偿装置补偿无功功率的效果不好，补偿没有到位。从设计上的补偿数值是足够用的。双城牵引变电所是31.5 MVA容量的变电所，使用的补偿装置是两级投入式的补偿装置。
通过“排除法”排查故障的原因。
（1）首先，停电检查补偿间隔的断路器，对其进行功能测试及分合闸试验，断路器没有什么问题。可以排除。
（2）停电检查了电容器、电抗器、差动流互，对其进行相关测试，检查后确认补偿装置正常。
（3）然后，我们检查了SPAJ140补偿保护装置。利用专用笔记本对其参数及功能检查，检查证明是正常状态。
（4）最后，检查由补偿调整控制器、盘后保险装置到继电器装置组成的的二次控制回路，这部分比较复杂。我们仔细检查认为问题出现在这个部分。 控制回路上的6个时间继电器正常时的状态：
继电器都正常使用时（并非6个继电器的指示灯都亮），K4.2的指示灯亮，J5的221断路器为分闸状态；K4.3的指示灯亮时，是J5的221断路器为合闸状态；K5.2时间继电器指示灯亮时，J4的222断路器为分闸状态，K5.3时间继电器指示灯亮时，J4的222断路器为合闸状态。
将双城变的设备状态与王岗变的设备进行比较。通过对比，初步认定双城变电所的继电器出现了问题。
经过进一步的实验观察，我们又有新发现，原来时间继电器的延时时间超过了本身的延时整定时间，表面上看是做了反映发出指令，实际上它的指令如同一纸空文，控制回路没有执行。
这就要求我们解决两个问题，一是要解决延时超时的问题，二是要解决回路上稳定的信号传输的问题。只有解决了这两个问题，才能使继电器有效地发出命令，同时命令信号得到稳定的电压的支持，最后得到可靠地执行，才能使“两级”补偿正常地进行投入与切换。
2.2 改善补偿控制回路功能的方法
（1）首先我们想到了更换延时继电器，然而经过论证这是不切实际的。这是德国进口的，价格昂贵而且通过联系没有合适的现货。
（2）用国内的延时继电器配件替换。国内的相关配件并不理想，因为厂家要根据技术参数现制作，运行后不能保证效果。
（3）添加相关元器件，增加1个延时继电器，是最经济又快捷的办法。使控制回路功能趋于稳定，改善补偿装置现状，提高功率因数。
相比之下，第三方案选择添加控制模块最为理想。既能解决延时超时问题，又能解决回路稳定的信号传输问题。
2.3 试验效果
于2012年3月，将延时继电器SN2模块安装在双城牵引变电所的补偿控制回路内，通过一段时间的观测，证实发挥了很好的效用
2012年3月至12月，双城牵引变电所补偿装置投切效果非常明显。安装前与加装后的自动投切故障比较如图2：
2012年3月至12月，双城牵引变电所补偿功率因数与2011年同期相对比有很大提高，效果很明显。（见图3）
通过巡视观察、记录、分析，采取措施后与采取措施前相比，设备运行良好。功率因数提高约10%，达到了稳定的0.9以上。既达到了电业局的要求，又满足了变电系统内部需求。
参考文献
[1] 贺建闽.牵引变电所功率因数及其补偿措施研究[J].铁道学报，1997，19（3）.
[2] 周勇.电力牵引负荷对电能质量的影响[J].郑州工业大学学报，2001，22（3）.
[3] 马军.电气化铁路对电力系统的影响[J].西安理工大学学报，2002，18（2）.
[4] 韩祯祥.电力系统分析[M].杭州：浙江大学出版社，1999.
本文针对我国哈大线的情况，着重介绍了哈大线上的牵引变电所采取的无功补偿方案，介绍了RVS-RVK功率因素控制器的常见故障和典型故障的处理。
关键词：无功补偿 功率因数 牵引变电所
中图分类号： U224 文献标识码：A 文章编号：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
哈大线北起哈尔滨，南到大连，途经长春、四平、沈阳、鞍山等108个城市，全长946.5公里，并同沈山、沈吉等23条干线衔接。这条铁路客流量大，货运量多，是东北地区经济大动脉，有“黄金线”的美誉。哈大铁路线于2001年8月成功地完成了电气化改造，在改造过程中引进了德国电气化铁路技术、设备维修和管理项目，是我国较先进的一条电气化铁路。
牵引变电所采用的是两级投入式的补偿装置。当无功功率达到62%时，第一级补偿投入，无功补偿为2.4 Mvar；当无功功率达到81%时，第二级补偿投入，无功补偿为4.8 Mvar。
在哈大线上的各个牵引变电所均采用了RVS-RVK功率控制器来控制补偿投切，运行中发现其控制回路元器件易发生问题，需及时处理。（见图1）
1 RVS-RVK功率控制器常见故障及解决方法
1.1 没有获得预置的功率因素
在低负荷情况下，一个功率因素能与微小的感应电流相对应。对补偿而言，相应的电容器等级太大。如果平均在一定时间内太低，预置可能会增加。
1.2 控制器提示意已接通电容器档，但没有激活电流接触器
检查功率接触器和控制器的输出线连接图。
1.3 警报被激活
无功功率在几分钟内有很高的要求，当不足以补偿无功功率时，它将显示报警。
1.4 虽然所需无功功率相对较低，但是仍然接通了所有电容器
需把CT放到电容器的负载档。
1.5 控制器已连接上，但是不能工作（无LED亮）
检查电压设置和安装在控制器后边的保险丝（0.1A/250V）。
2 典型故障及处置方案
2011年11月，双城牵引变电所电容补偿间隔断路器持续分闸，功率因数下降，数值在0.7～0.85之间持续了一个月，使无功功率增大了3～5倍，一个月下来系统电能损失严重超标。
经调查，双城牵引变电所补偿装置运行为非正常状态。功率因数最低为0.22。在欠补偿阶段，功率因数平均下降约10%左右。
电量对比：查看欠补偿的阶段时间里的电量计量情况：将电量计量盘的计数进行对比观察，就能发现无功功率在持续增加，这就是不正常的现象。在正常时间里，无功功率每天的变化量在0.03～0.01之间，而非正常时无功功率变化量在0.25～0.15之间。因此通过对比就能直观地看到它的变化是异常的。
2.1 存在的问题分析
功率因数下降的问题就是，无功功率增加了，电能损失增大了。电容补偿装置补偿无功功率的效果不好，补偿没有到位。从设计上的补偿数值是足够用的。双城牵引变电所是31.5 MVA容量的变电所，使用的补偿装置是两级投入式的补偿装置。
通过“排除法”排查故障的原因。
（1）首先，停电检查补偿间隔的断路器，对其进行功能测试及分合闸试验，断路器没有什么问题。可以排除。
（2）停电检查了电容器、电抗器、差动流互，对其进行相关测试，检查后确认补偿装置正常。
（3）然后，我们检查了SPAJ140补偿保护装置。利用专用笔记本对其参数及功能检查，检查证明是正常状态。
（4）最后，检查由补偿调整控制器、盘后保险装置到继电器装置组成的的二次控制回路，这部分比较复杂。我们仔细检查认为问题出现在这个部分。 控制回路上的6个时间继电器正常时的状态：
继电器都正常使用时（并非6个继电器的指示灯都亮），K4.2的指示灯亮，J5的221断路器为分闸状态；K4.3的指示灯亮时，是J5的221断路器为合闸状态；K5.2时间继电器指示灯亮时，J4的222断路器为分闸状态，K5.3时间继电器指示灯亮时，J4的222断路器为合闸状态。
将双城变的设备状态与王岗变的设备进行比较。通过对比，初步认定双城变电所的继电器出现了问题。
经过进一步的实验观察，我们又有新发现，原来时间继电器的延时时间超过了本身的延时整定时间，表面上看是做了反映发出指令，实际上它的指令如同一纸空文，控制回路没有执行。
这就要求我们解决两个问题，一是要解决延时超时的问题，二是要解决回路上稳定的信号传输的问题。只有解决了这两个问题，才能使继电器有效地发出命令，同时命令信号得到稳定的电压的支持，最后得到可靠地执行，才能使“两级”补偿正常地进行投入与切换。
2.2 改善补偿控制回路功能的方法
（1）首先我们想到了更换延时继电器，然而经过论证这是不切实际的。这是德国进口的，价格昂贵而且通过联系没有合适的现货。
（2）用国内的延时继电器配件替换。国内的相关配件并不理想，因为厂家要根据技术参数现制作，运行后不能保证效果。
（3）添加相关元器件，增加1个延时继电器，是最经济又快捷的办法。使控制回路功能趋于稳定，改善补偿装置现状，提高功率因数。
相比之下，第三方案选择添加控制模块最为理想。既能解决延时超时问题，又能解决回路稳定的信号传输问题。
2.3 试验效果
于2012年3月，将延时继电器SN2模块安装在双城牵引变电所的补偿控制回路内，通过一段时间的观测，证实发挥了很好的效用
2012年3月至12月，双城牵引变电所补偿装置投切效果非常明显。安装前与加装后的自动投切故障比较如图2：
2012年3月至12月，双城牵引变电所补偿功率因数与2011年同期相对比有很大提高，效果很明显。（见图3）
通过巡视观察、记录、分析，采取措施后与采取措施前相比，设备运行良好。功率因数提高约10%，达到了稳定的0.9以上。既达到了电业局的要求，又满足了变电系统内部需求。
参考文献
[1] 贺建闽.牵引变电所功率因数及其补偿措施研究[J].铁道学报，1997，19（3）.
[2] 周勇.电力牵引负荷对电能质量的影响[J].郑州工业大学学报，2001，22（3）.
[3] 马军.电气化铁路对电力系统的影响[J].西安理工大学学报，2002，18（2）.
[4] 韩祯祥.电力系统分析[M].杭州：浙江大学出版社，1999.