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摘要：电气化铁路对于现阶段的交通运输具有非常重要的作用，文章以提升其运行质量为前提，提出了几点电能质量治理措施，从而对电气化铁路供电系统的安全运行提供了保障。
关键词：电气化铁路；电能质量；治理方案；供电系统
电气化铁路的运用，可以有效提升铁路运输性能、降低成本，对生态环境保护也具有十分重要的作用，然而因为机车负载变化频率过大，使其经常出现阻性、容性、感性等负载特征，导致电气化铁路的供电系统运行不稳定，在保证其安全性方面造成了很大影响。与此同时，如此造成的供电系统电能质量问题也在系统运行稳定性与保证用户合理用电方面造成了危害。由此可见，对电气化铁路电能质量问题进行治理已经势在必行。
1 电气化铁路未来发展趋势
在经济高速发展的大背景下，也为铁路运输水平带来了发展机遇，相较于蒸汽机车与内燃机车，电力机车的速度更快、载重更高，在能源利用率以及环境保护等方面也体现了一定的优势，所以，电气化铁路对于铁路运输水平的提升具有十分重要的作用，与此同时也可以有效降低化石燃料使用率、降低成本，真正达到资源分配的合理性[1]。当前阶段，不管是政策层面还是已知条件层面，深入发展电气化铁路均是对国民经济全面、健康、高速发展进行保障的重要内容。在2005年我国已经完全开通了超过40条电气化铁路线路，总里程可超过20000公里。随后在2006年，浙赣线电气化改造工程得以开通，这也标志着电气化铁路总里程已经超过24000公里。由此可见预见，在现如今的发展势头下，今后电气化铁路在我国必将会得到迅速发展，并且在我国交通运输行业中占据关键地位。
2 电气化铁路电能质量问题解决方案对比
以往，对于电气化铁路问题的解决，在响应速度以及运行方法等方面存在限制，导致电能质量问题并不能有效解决，这也就催生了功分离法、牵引供电系统以及动态补偿几种方法。这几种方法与早期解决方法相比较，主要在削弱谐波电流与无功电流、响应速度等方面体现了优势，其中牵引供电系统这一技术，能够有效优化三相不平衡的问题，但是牵引供电系统这一方法由于在牵引负荷电流中有害成分方面存在劣势；而动态补偿的优点则体现在负序电流、无功电流补偿方面，通过与实际情况的结合，从而真正解决电能质量问题。
3 电气化铁路电能质量的治理
3.1 牵引供电系统
在电气化铁路中，牵引供电网在电气角度主要被分为以下几个部分：电力供电系统、牵引变压器及接触网、牵引负荷。其中电力供电系统主要指的是电流为220kV或是110kV的三相工频交流电网；而牵引变压器与接触网则是在电气化铁路当前所用供电制式基础上，由牵引变压器牵引侧的二端口所引出的一个电流为27.5kV单相工频交流供电臂，并将其当作接触网主干；牵引负荷则是电力机车。对于牵引供电系统方面的质量治理，也可以从以上几个方面进行论述。
全面提升牵引变电站所接入短路容量，如此一来能够将接入点和电源的电气距离缩短，进而加强电力供电系统对于电能质量有关问题的抵抗能力，削弱由于牵引负荷注入而导致的负序、谐波电流以及无功在电力系统中的危害。然而这一方案的实施难度比较高，且工程规模巨大，需要消耗的资金数额也比较大，加之电力系统接线形式的影响，因为短路容量不会一直提升，所以在实际治理方面所呈现的效果并不如意[2]。因为这一方案其本质并不会将牵引负荷电流中的有害成分减少，所以并不提倡应用。
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部分牵引变电站在变压器方面，一般选择的是斯科特变压器以及阻抗匹配平衡变压器等，这种特种平衡变压器依据其设备本身独特的接线形式与变比设置，在相应的负荷环境下能够达到系统侧三相电流的完全对称，从而构成牵引供电系统负序电流的有效治理。然而因为牵引负荷波动比较大，且时间与空间的分布过于随机，很难满足平衡变压器所提出的平衡条件，一般会呈现其中一个供电臂有负荷，但是另外一个供电臂无负荷的状况。基于这种情况，运用平衡变压器在削弱注入电网负序电流方面并不会发挥作用。另外，一些线路会将相应距离内的几个系统侧轮换逐次接进电力系统中，以此实现三相平衡，这一方案在理论角度可以有效优化三相不平衡的问题，然而实践所得出的效果并不十分理想。以此同时，因为系统侧绕组换相的接入，会使得各个牵引变电站供电臂电压相位存在差异，在此基础上分别在不同的区段内增设分段绝缘器，将牵引网无电区域数量增加，减小了列车通过性能，对电气化铁路的行车安全造成了危害。
将传统形式的直流传动电力机车转变为全新的交流传动电力机车，就当前阶段而言是研发电力牵引技术的主要方向。运用四象限PWM整流技术的功率输入侧全新机车负荷电流具备的谐波性能具有一定的优势，且车载无功补偿设备也会有效提升机车的功率因数。然而系统电流谐波含量却依然会受谐波阻抗性能与并联LC滤波支路影响，除此之外，车载无功补偿设备也无法达到机车在无功方面的要求，所以电气化铁路所呈现的无功与谐波问题也急需解决。
由此可见，对于牵引供电系统性能导致的电气化铁路电能质量问题，所实施的治理方案并没有得到有效的成效。
3.2 动态补偿
现阶段，动态补偿设备已经在多个国家得到广泛运用，例如SVC、STATCOM。其中SVC设备是利用无源器件储能达到无功补偿的目的，这一设备有效应用了晶闸管，以此才能连续调节电感，并且可以连续、快速补偿波动性负荷，通过无源滤波器将系统内部的高次谐波滤出[3]。我国早在21世纪初期就已经在电气化铁路中应用了牵引变压器系统侧，并使用了SVC设备。这一设备是以电纳补偿为基础原理，能够对系统三相不平衡问题以及功率因数进行优化。另外，STATCOM设备则是以大功率自关断电力电子器件为主要元件，通过变流器与电抗器的并联，实现交流侧输出电压相位和幅值的调节。相较于SVC设备，STATCOM在响应速度上更高，且运行范围更为广阔。因为STATCOM本身具备双向无功补偿与相间有功转移的性能，所以在负序电流、无功电流补偿方面能够体现出更为显著的效果，在电气化铁路电能质量治理方面较为适合。
通过以上研究可知，一旦补偿设备投入运行，各个电能质量的考核指标便会得到大幅优化，进而得到更好的补偿效果。基于此，以STATCOM为主的牵引变电站补偿技术在解决电气化铁路电能质量问题方面具有极强的实效性。
结束语：
综上所述，当前阶段电气化铁路在铁路运输方面占据了极为重要的地位，为了对其运行质量与安全性进行保证，必须要全面解决电能质量问题，以此推动铁路电气化的长远发展。
参考文献：
[1]田铭兴，张俊强，董晓东，杨秀川，惠亮亮. 电气化铁路并联型铁路功率调节器控制策略的仿真研究[J]. 高电压技术，2016，11:3533-3538.
[2]罗培，陈跃辉，罗隆福，周冠东，张志文. 铁路电能质量控制系统容量优化设计[J]. 电工技术学报，2016，08:181-188+228.
[3]常帅，郭昆丽，王建波，赵慧明. 电气化铁路谐波对地区电网的影响[J]. 西安工程大学学报，2016，03:327-332.
作者简介：
虞增成（1990-）男，江苏省扬中市人，汉，学历：本科，学士学位，助理工程师，研究方向：电气工程及其自动化
论文作者:虞增成
论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期
论文发表时间:2017/3/28
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