摘要：电气化铁道带动了经济和社会的发展，其运行质量在很大程度上受到供电系统的安全和稳定性影响。电力机车的供电方式为单相和整流式，在供电过程中出现的谐波、负序以及无功率等问题对电能的质量带来很大的影响，进而影响到供电系统以及上级供电网的稳定、安全运行。因此，做好电能质量综合补偿措施，增强供电网供电可靠性，具有十分重要的意义。下面文章对无功补偿以及谐波抑制工作内容进行了阐述，以供参考。
关键词：电气化铁道；无功补偿；谐波抑制
铁道是国家经济发展的主动脉，同时也是我国非常重要的基础交通设施。铁道运输长期来在我国被称之为综合交通运输体系的铁老大，所处的地位可见一般。虽然我国的领土面积广，但人口和资源却是分布不均的，因此铁道运输这种经济快捷、运输量大、安全性能好、环境舒适的交通运输方式相较于其他交通设施占有其独具特色的优势。基于这些优势，中央把大规模发展高速铁道作为我国的重大战略决策，这一举措既能有效解决我国运输能力不足的问题，又能够带动一批与之相关的产业和高新科技的快速蓬勃发展。
1 无功补偿现状
1.1 并联电容器
因为电力机车的负载大多属于感性负载，以并联电容器的方式来实现对无功功率的补偿有着非常重要的作用和意义。如果并联电容器装置容量较大，还需要对其进行分组，每组有各自的开关，实现对输出无功功率的分级调节。在一般的无功功率补偿设备中，这种补偿方式的成本最低，有功功率的消耗量也最少，便于维护。但是其缺点主要表现在电压调节方面，调节效应差，在实际的补偿过程中会出现“过补”以及“欠补”现象，由于经常投切会造成电容器的使用寿命缩短，且很难实现对系统所需无功功率的动态跟踪。
1.2 静止补偿器
静止补偿器由可控电容器以及电抗器组成，可以实现对电网所需无功功率的实时调节，保证电网运行过程中有较高的功率因数，其实际调节速度较快，运行维护方便，不会有过多的功率损耗。静止补偿器不仅可以在运行稳定状况下实现对无功功率的调节，使系统运行过程中电压的稳定性得到保证，同时还能更好地适应冲击负荷，符合在动态无功功率补偿方面的要求。
1.3 静止无功发生器
这是一种电力电子装置，其电路为电流型变流电路，静止无功发生器与静止补偿器不同，静止补偿器需要借助大容量电抗器、电容器等元件来实现补偿目的，而静止无功发生器在直流侧只需要有小容量电容器来实现对电压的维持即可。借助不同的控制方式，静态止无功发生器不仅可以产生电容性的无功功率，同时还能吸收电感性的无功功率。静止无功发生器的控制复杂性要超过静止补偿器，同时还需要较多数量的大容量全控型器件，导致其成本较高，应用范围不是十分广泛。
1.4 同步调相机
同步调相机指的是空载状态下运行的同步电动机，借助同步调相机，不仅可以实现对固定无功功率的补偿，同时还可以补偿变化的动态功率，比较适合应用在较大规模的变电所，集中补偿无功功率，但是因为其成本较高，运行维护有较大的难度，运行过程中还会消耗较大的有功功率，因此实际的应用并不十分广泛。
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2 谐波电流对电力系统的危害
谐波电流对电力系统的影响主要集中在如下三个方面：①当谐波电流过大时，其流入电气设备会出现过热或者超负荷等现象，并在特定条件的作用下产生谐振现象；②如果谐波电流作用于计量设备和仪表，并且设备和仪表受电压波形控制，则谐波电流必然会引起计量误控和误差，使得计量准确性降低；③对变压器的影响，变压器本身便是谐波的源头，同时也是谐波传送的主要路径，如果变压器励磁电流中的谐波含量处于正常值，则并不会增加铁损或者发热情况，但是如果发生谐振现象，便会对变压器造成严重损害。并且如果变压器采取全星型接线模式，绕组中性点接地且所属电网中分布较大的电容，则会给谐振现象的发生创造条件。
3 无功补偿以及谐波抑制策略分析
3.1 综合补偿装置的拓扑结构
通过降低铁道功率调节器的容量，可以使成本有效降低，补偿系统的功能主要有以下三点：第一、对电力机车两供电臂负载出现的谐波起到很好的抑制作用；第二、补偿电力机车负荷产生的无功功率，进而使两供电臂侧电流的功率因数趋近于1；第三、对有功功率进行转移，进而平衡两供电臂有功功率。这种补偿结构的优点在于铁道功率调节器容量主要起到平衡有功功率的作用，进而实现有功平衡，对谐波进行抑制。选择多组晶闸管控制电容器安装在两供电臂处，进而实现无功调节功能，对多数无功容量进行补偿，剩余无功容量由铁道功率调节器进行补偿，该系统用晶闸管控制电容器代替之前的铁道功率调节器实现了补偿功能，将铁道功率调节器的容量有效的减少。
3.2 电气化铁道谐波抑制措施
随着我国电气化铁道的全面发展，对电气化铁道电能质量也提出了更高的要求，目前电气化铁道谐波抑制可采用以下几种方法：（1）采用新型的交－直－交型电力机车，更换既有的交－直型电力机车。从仿真结果可以看出，由于交－直－交型电力机车采用四象限脉冲变流器，逆变器采用PWM控制，因此谐波含量比交－直型电力机车谐波含量有了明显的减少。（2）增设滤波装置，对于电力机车通常设置3、5、7各次谐波的单频率谐振电路来吸收各次谐波。在电容器支路里串联电感L组成L－C串联谐振电路，对某一频率谐波产生谐振，合理设计电容器组与串联电感的大小，使其从感性区域接近串联谐振，减小注入电力系统的谐波电流。（3）加装无功补偿装置，接于主变压器的牵引绕组上。补偿装置电路由串联的电容器和电抗器组成，其中电容器提供的容性超前无功功率补偿感性负载消耗的滞后无功功率，使功率因数得到了提高。（4）严格执行谐波国家标准，加强对谐波源的监测分析。可在变电所内设置电能质量监测分析装置，及时关注牵引变电所内电能质量的各项指标。
3.3 设置无功补偿装置
近年来，我国电气化铁道运行中发生事故较多，其中以某市电厂#3号机单车运行时发生的事故影响较大，在具体运行过程中因系统中电磁谐波和负序电流的共同作用，机车的负序电流保护动作跳闸，造成的甩负荷高达145MW，最终导致该市大部分供电中断，大面积停电事故严重影响了城市的正常运转。基于类似事故，现提出相应的改善措施。
在电气化铁道牵引变电站中，在无机车通过的情形下，变电站会向电网发送无功，因此在电气化铁道牵引变电站中无功补偿应选择动态补偿的模式，并应结合牵引变电站的实际情况，将无功补偿与谐波电流等治理进行有机结合，以此保证电力系统的安全性。在本次事故后牵引变电站调整中，引进无功补偿技术措施，其中三相动态无功补偿装置、单相固定补偿兼滤波装置等为较为常见的无功补偿装置。
综上所述，电气化铁道是电力需求增长的重要推动力，而电力系统的安全平稳运行也给电气化铁道发展奠定了坚实基础。因此相关部门必须采取有效措施，加强对负序电流和谐波电流等的治理工作，以此推动我国电力系统和电气化铁道共同发展。
参考文献：
[1] 樊恒飞.电气化铁道无功补偿及谐波抑制研究[D].华东交通大学，2016.
[2] 初航.电力系统谐波污染分析与治理措施[D].山东大学，2007.
[3] 张洪浩.负序和谐波抑制变压器磁特性和电特性研究[D].湖南大学，2012.
论文作者:赵聪
论文发表刊物:《电力设备》2017年第23期
论文发表时间:2017/12/4
标签：谐波论文; 功率论文; 铁道论文; 电容器论文; 电流论文; 电力机车论文; 谐振论文; 《电力设备》2017年第23期论文;