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摘要：介绍了电铁的负荷特点，分析了对电铁负荷对电力系统的影响，论述了电铁负荷影响采取对策的必要性，并提出了相应对策。
关键字：电铁；电力系统；负序；突变；谐波
近年来，随着我国铁路不断跨越式的发展，电气化铁路（简称电铁）成为实现铁路现代化的重要组成部分，“大力发展电力牵引”成为我国铁路牵引动力政策的重要组成部分。电铁牵引负荷在电力负荷中所占的比重也越来越大，由于电铁的负荷具有突变、不对称等特点，对电力系统的影响日益突出。
1电铁负荷特点
1.1电铁负荷相当于负序电流源
电铁供电以单相负荷的形式取至三相交流供电系统，三相交流供电系统要求三相电流、电压对称，要求三相负载均衡，各相有效值相同，相位角相差120°，并设定A相超前B相120°、B相超前C相120°、C相超前A相120°为正相序。在三相交流系统中，三相负荷达到平衡时，三相交流系统的电压、电流（向量）成正弦状态分布。
电铁牵引站所接的三相交流电源中两相分别向两侧接触网供电，在三相交流系统中造成三相负载不均衡，从而产生不平衡电流。利用对称分量法可将不对称的三相电流分解为正序、负序对称分量。负序电流造成负序电压降，其值在负荷点最大，越接近电源越小。因此，可以把电铁单相负荷看成是一个负序电流源，其注入点在牵引站高压侧。一般情况下，电铁所产生的负序电流高峰的持续时间在数十秒到一分钟，其数分钟的均方根值可以达到峰值的90%以上，而半小时的均方根值可以达到峰值的60%。
牵引站采用单相接线变压器时，在电力系统产生的负序电流大小与正序电流相等，大小等于负荷电流的0.144倍。采用单相V/V接线变压器时，在电力系统产生的负序电流为正序电流的一半。当两侧牵引负荷不相等时，两侧电流之差的绝对值越大，其负序电流就越大。采用三相Y/△接线变压器时，在电力系统产生的负序电流为正序电流的一半。
1.2电铁负荷波动性大
电铁负荷是单相、频繁剧变的特殊负荷，与线路情况、机车类型、机车速度、牵引重量、列车运行图等因素有很大关系，具有很大的波动性。根据国内实测资料，并参考国外相关文献，都表明电铁日波动负荷的特征非常明显，因此电铁负荷不同与一般的持续性电力负荷，这种负荷所产生的负序电流时大时小，谐波也随着变化。
由于电铁供电臂的长度一般为10km至30km不等，一个供电臂内可能有多个车站，也可能一个车站都没有，2个车站之间称为1个区间。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆铁路运输操作规程规定单线上1个区间内每次只能有一趟列车通过，因此考虑1个供电臂上有2台机车同时起动的情况可以满足估算要求。
电铁突变负荷主要由机车起动引起，电铁突变负荷所产生的最大电流突变量主要由机车内部变压器的历次涌流组成。单台机车在起动时内部变压器产生的励磁涌流最大值约为机车额定电流的4倍。根据中铁电气化勘测设计研究院的资料，电力机车有客机、货机两种类别。单台客机电力机车（SS9型）起动电流为228A（27.5kV侧）、单台货机电力机车（SS4型）起动电流为325A（27.5kV侧）。因此电铁牵引站接入110kV系统时，突变负荷最大一次电流约为162.5A。
2电铁对电力系统的影响
2.1对发电机的影响
负序电流流过发电机产生负序旋转磁场，方向与发电机旋转方向相反，因此负序旋转磁场实际是以2倍的转速切割转子，产生负序转矩，使发电机产生附加振动。谐波使同步发电机的附加损耗增大，温升加剧，并且会引起机械振动、产生噪声和出现谐波过电压。
2.2对电力变压器的影响
负荷的不对称性造成电力系统三相电流不对称，因此系统中的电力变压器由于有一相电流最大而不能有效发挥变压器的额定出力，谐波还会增加变压器的铜耗和铁耗，造成变压器容量利用率下降，效率降低。另外，负序电流造成变压器附加能量损失和变压器铁芯附加发热。
2.3对继电保护的影响
负序电流干扰继电保护和安全自动装置的负序参量启动元件频繁启动，易造成保护装置的误动作。负序电流和电流的突变型将造成继电保护装置和故障录波装置频繁启动，甚至引起保护装置误动，对电力系统的故障分析造成影响。谐波会使继电保护及安全自动装置失去选择性，甚至会引起误动或拒动，威胁电力系统安全运行。
2.4对其他设备的影响
影响邻近的三相电动机发热，并以感应电动机的定子绕组为敏感部位。同时，还将在电动机中产生一反向旋转磁场，此反向磁场将对转子产生一个制动力矩，对电动机转子起制动作用，影响电动机的出力。
电铁产生的负序电流流过电力网时，实际上并不做功，只能造成电能损失，从而降低电力线路的输送能力，经济型降低。
3结论
3.1根据GB 755-2008《旋转电机 定额和性能》中的相关规定，同步发电机电流的负序分量与额定电流之比不大于0.1，因此电铁牵引站与小电源电气距离应尽量远，或安装特殊的同步调相机吸收负序电流，或增加其接入电力系统的阻抗，改变负序电流的分配，以减少负序电流流入小容量发电机组。
3.2继电保护装置电力突变量元件的整定须躲过电力机车起动造成的最大电流突变量。
3.3电铁牵引站采用换相联接，把电铁牵引站的变压器轮换接到三相电力网的不同相上，使电铁的单相负荷反映到电力系统时尽可能达到三相负荷对称，一减少对电力系统的影响。
3.4随着电铁的飞速发展，电铁产生的谐波对电力系统及其他电力用户的影响会越来越严重，因此不但电力系统要加强谐波治理，更要采取措施改善谐波源，减少电力机车产生的谐波。
3.5针对目前的情况电力系统可采取一些临时因对措施，改变电网运行方式，将某些线路、变压器、电抗器、投入或退出，以改变系统中负序电流的分布，达到减小流入电力系统负序电流的目的。
3.6近年来国家大力扶持太阳能发电、风能发电等清洁能源的发展，太阳能发电、风能发电对电力系统来说依然是电能质量污染的源头，太阳能发电、风能发电产生的谐波与电铁单相负荷产生的谐波叠加后对电力系统的影响，仍然需要在今后的发展中进一步论证。
参考文献
[1]冯金柱.电气化铁路基本知识.北京：中国铁道出版社，2000..
[2]韩柳.谈顺涛.电气化铁路对电网的影响及对策.江苏电机工程.2005.(3).
[3]靳青松.牵引网微机保护整定探讨.电气化铁道.2005.(2).
作者简介
刘建伟（1966-），男，本科，高级工程师，主要从事电力系统规划设计工作；
刘彦超（1981-），男，硕士，工程师，主要从事电力系统规划设计工作；
刘杰（1981-），男，硕士，工程师，主要从事电网调度、继电保护运行管理工作。
论文作者:刘建伟,刘彦超,刘杰
论文发表刊物:《电力设备》2016年第10期
论文发表时间:2016/7/25
标签：电流论文; 负荷论文; 电力系统论文; 谐波论文; 变压器论文; 突变论文; 单相论文; 《电力设备》2016年第10期论文;