摘要：在实际的铁道牵引供电系统运行的过程中，存在着各种各样的问题，这些问题的存在，严重的制约了铁道牵引供电系统的稳定、良好的运行。而在实际的运行维护中，相关的技术人员应该对存在的问题，深度分析原因，并且采取有效的措施进行解决，进一步提高铁道牵引供电系统的运行效率。
关键词：铁道牵引供电系统；问题；应对措施
一、铁道牵引供电系统的组成
铁道牵引供电系统主要是由三大部分组成，即：电气化铁道一次性供电系统、铁道的牵引变电所以及牵引网。其中，铁道的牵引变电所其主要功能就是 把三相的交流高压电能转变成较低的电压，三相的交流高压电能主要是从电气化铁道一次供电系统处所输送过来，而较低的电压主要适合电力机车使用。铁道牵引网则主要包括五部分，分别为：接触网、馈电线、轨道、大地以及回流线，铁道牵引网的功能主要是将铁道牵引变电所转化的较低电压电能输送到电力机车。铁道牵引供电系统根据为铁道机车提供的电流性质来划分，可以分为直流制以及交流制两种。其中交流制又可以分为两种，即：工频单相交流制以及低频单相交流制。不同的电流制，其电力牵引供电系统设备都有极大的不同。
二、我国电气化铁道牵引负荷的特征
2.1牵引负荷具有稳态奇次性，电力机车牵引负荷在稳态运行时只产生奇次谐波电流。
2.2牵引负荷的相位分布广，复平面的四个象限上，且随着谐波次数的升高，谐波相量可均匀出现在四个象限上。
2.3牵引负荷具有随机波动性，负荷的波动性降低了牵引供电设备容量利用率，导致牵引网及牵引变电所上的电压出现波动。牵引负荷的随机波动性主要是负荷电流的大幅度剧烈波动。
2.4牵引负荷具有不对称性和单相独立性，相对三相系统，牵引负荷产生大量负序电流，具有不对称性。牵引变电所在正常电压范围内各供电臂的取流可认为具有单相独立性。
2.5牵引负荷具有非线性，在我国一个庞大的无功源和谐波源就是电力牵引负荷，主要是因为交-直（AC/DC）型电力机车是目前我国电气化铁路使用主要类型。谐波电流畸变率在供电臂处约高达30%。
三、铁道牵引供电系统中存在的问题
3.1谐波电流的问题
铁道是一种交通中使用的工具，在交通运输系统中占有重要的位置，由于铁道牵引供电系统是一项感性负载的系统，这也使得系统在运行的过程中经常会由于牵引机、变压器等设备的非线形关系而产生谐波电流，而谐波电流对供电系统中的线路、设备都会造成一定的影响，对铁道供电系统以及人员的安全造成严重的影响。例如，谐波电流对变电站的影响，变电站是供电系统中的枢纽部位，而在谐波电流的影响下，会使得变电站的电压上升、电流增大，直接增加了变压器的荷载，在超出变压器的荷载能力范围后会造成变压器烧毁的现象；对电网输电线的影响，谐波电流会增加线路上的功率，使得线路材料的电阻变大线路输送电的热度升高，对线路的使用寿命造成直接的影响，甚至会造成线路烧毁的现象，最终导致供电系统出现故障；谐波电流对继电保护装置的影响，继电保护装置是供电系统中的安全保镖，是保证系统安全运行的主要设备，而在谐波电流的影响下，会导致设备功能失常，失去了对供电系统的保护作用，为供电系统运行带来严重的安全隐患。
3.2负序电流的问题
正常供电中产生的负载主要分为单相负载和三相负载，单相负载主要对居民用电，而三相负载则是对工业、生产、建筑等行业的供电，包括铁道牵引供电系统也是三相负载。然而，在铁道牵引供电系统正常运行的过程中，由于三相电流之间的不平衡而产生三相负载不平衡的现象，如负序电流、零序电流等。在铁道牵引供电系统中负序电流的产生对系统的安全运行造成极大的影响，例如，负序电流对变电器的影响，变电器是电能的主要输出工具，而受到负序电流的影响会导致输出功率下降，致使供电系统的运行效率下降，对铁路的正常安全运行造成一定的影响；对线路输电能力的影响，负序电流的产生会占用输电线路大量的电流容量，使正常电流的输送量降低，导致输电能力直接下降，不能将正常的输电能力发挥出来，对整个铁道牵引供电系统的运行效率造成一定的影响；对输送电线路以及设备的影响，负序电流的产生会增加输电线路以及设备的荷载，荷载过高导致线路或设备的热度不断升高，造成线路和设备的使用寿命缩短，直接增加供电系统的维护成本，而且对供电系统的安全运行也有着一定的影响。
3.3无功功率
电力机车是一个具有随机变化特点的感性负载，它的基波电流会滞后电压一定角度，由于变压器、牵引电机这些设备的非线性，加上电力电子器件非线性的调节作用，导致机车的电流中包含大量在三相供电系统中的不对称分布的谐波成分。牵引负载功率大、时间和空间分布随机性强以及三相不对称的特点导致牵引供电系统成为电力系统中主要的无功源。供电系统无功功率产生的危害主要表现在以下四个方面：
⑴使供电线路中无功功率的有功损耗增加，供电线路、变送电设备以及其他用电设备发热程度增加。
⑵增加无功功率会使电流增大，从而使得发电机、变压器以及其他电气设备和导线的容量增加。
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⑶由于变送电设备负荷容量中，增加了无功容量。导致变送电设备有功输出的容量降低。
四、铁道牵引供电系统问题的应对措施
4.1谐波电流问题的解决对策
谐波电流对铁道牵引供电系统的影响极其严重，甚至会带来一些安全隐患，而铁道交通是交通行业中的重要交通工具，却因为谐波电流的影响而对铁道交通埋下安全隐患，为了铁道交通行业更好的发展，必须做好牵引供电系统的保障工作，要有效的解决谐波电流对供电系统造成的影响。首先，要分析谐波电流的产生原因，大多数都是因为铁道电车性能而产生的，因此，应对这方面实施有效的解决措施，可以及时更新铁道机车的性能，通过提高性能来减少谐波电流的产生，例如，我国的动车组和谐号的机车性能较高，该类型的机车在运行的过程中，牵引供电系统可以有效的避免或降低谐波电流的发生率；其次，要加强对铁道机车供电系统的线路以及设备的维护工作，因为有很多谐波电流的产生来自设备的问题，主要出现设备使用期较长出现老化的现象，这都是谐波电流产生的主要因素，在加强设备维护的过程中要根据需求以及市场的科技情况适当的更新设备，利用高科技设备来提高供电系统的运行效率，避免或降低谐波电流的产生；第三，加强对无功功率的控制，谐波电流的产生会导致供电线路或设备上出现无功功率，从而造成线路或设备的损毁现象，对此，可以引用先进的科技设备，如，功率校正装置，无功功率的产生也就预示着有谐波电流的产生，通过功率校正装置可以实现对功率的自动校正的功能，从而避免了谐波电流的产生；另外，谐波电流对供电系统的电容设备会造成直接的影响，而且，受到谐波电流的影响会使电容器中的电阻成倍增长，对电容器有着极大的危害，对于这种情况的应对措施可以采用并联电容来实现无功功率的补偿作用等。通过多种方式来实现避免或降低谐波电流对铁道牵引供电系统造成的影响，有效的提高了牵引供电系统的运行效率，从而提高铁道交通的安全性。例如，在轨道牵引供电系统中，可以根据系统的设计要求来安装滤波器，并对滤波器进行分组，根据公共连接点的三相数据，来判断牵引变压器的两相侧谐波电流和接线的方式的相位变化，计算三相不平衡的动态，并及时做以调整，从而保证三相平衡以避免谐波电流对供电系统造成危害。。
4.2负序电流问题的解决对策
在铁道牵引供电系统运行的过程中，经常会出现负序电流，而且负序电流对供电系统造成的影响也是非常大的，影响供电系统的供电效率以及安全性等，这对于铁道交通来说都有着一定的威胁，因此，必须采取相应的措施来解决负序电流的问题。负序电流的产生主要是三相不平衡负载而产生的，而在铁道牵引供电系统运行的过程中，三相不平衡电流是在所难免的，只能将其降至最下，而一旦产生也会占用线路的容量，因此，要加大电源线路的容量，从自身做起提高容量来承受可能出现的负序电流，而且，通过高压大容量的电源可以有效的降低负序电流的产生，从而有效的提高供电系统的性能；其次，要对供电系统的变压器进行改进，负序电流的产生与变压器有着密不可分的联系，一旦变压器的性能过低就会出现负序电流的现象，而且变压器的两端负荷也很难掌握，这更造成负序电流的产生，可以通过单相、三相结线的方式来做好三相电流的平衡，有效的避免负序电流的产生，增加系统的运行效率。在使用单相、三相结线时，必须注意观察两供电臂的状态。此外，针对供电系统三相不平衡的问题，可以采用新科技的相序轮换技术，所谓相序轮换技术就是将牵引变压器的进线端子按照一定的顺序对其进行改变，并确定与三相电力系统中的三相的接线关系，最终实现将各相承受的功率和负载之和实现相等，最终达成三相平衡的目的。相序轮换技术是后期发展的新兴技术，但是发展却极为迅速，相比于传统的技术来说，技术效果较好，功能设备较为完善，是解决铁道牵引供电系统中三相不平衡问题的主要方式。
4.3三相不平衡问题的解决对策
在铁道牵引供电系统中，常常会产生三相不平衡的问题，上文提到的负序电流问题，最终和三相不平衡是有密切关系的。对于三相不平衡的问题，主要是采用新兴的相序轮换技术。与传统的相邻所换相技术相比，相序轮换技术效果更好，更完善。相序轮换技术的主旨是实现各相之间所承受的负载和功率的和相等最终实现三相之间的平衡。这种技术是新兴技术，虽然发展迅猛，但是由于自身还有难题并为克服，同时限于资金的因素，导致一直停留于纸面上，并没有在实际上予以大力推广。值得我们注意的是，德国目前使用的自成系统单相供电模式，这对目前大规模发展电气化铁路的我国提供了一个新的思路，是否利用专用供电系统解决电气化铁路存在的部分电能污染，并加以有针对性的解决，这应该说是我们今后研究的重点方向。
五、牵引供电系统的评价
根据牵引供电系统要求，可采用接触网检测装置和试验车对接触悬挂系统进行静态和动态检测，对接触网施工质量进行评估；集成试验和运行试验阶段是对牵引供电系统在运行条件下的综合性能评估。牵引供电系统主要指标包括三相不平衡度、谐波、负序、电压损失、功率因数等与电能质量相关参数，牵引负荷、牵引网末端电压和越区供电等与系统供电能力相关参数；变电子系统主要指标包括高压电器设备的绝缘性能、电气性能参数，二次设备的控制保护功能及自动化和联锁功能；接触网子系统主要指标包括接触线高度、拉出值等静态空间几何参数和静态接触线抬升量，实车、按设计速度条件下的动态弓网关系，包括动态接触压力、燃弧率等。牵引供电系统的安全可靠性评价包括系统功能的完备性、设备及通信冗余及设备布置合理性，系统防御抵抗风、雨、雪、雷等自然灾害的能力，系统火灾报警和应急处理预案及外部电源停电应急处理预案等突发事件应急处理能力。
结束语
通过对铁道牵引供电系统存在着的问题的分析，可以全面的了解存在着问题的原因，进而结合存在着问题的原因采取有效的措施，能够实现铁道牵引供电系统的良好运行。
参考文献：
[1]陈青松.浅谈铁路接触网的特点及其改进与保护.黑龙江科技信息，2011（15）.
[2]李峰.电气化高速铁路供电研究.中国科技信息，2010（14）.
论文作者:乔利峰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/12
标签：供电系统论文; 电流论文; 谐波论文; 铁道论文; 设备论文; 负荷论文; 负载论文; 《基层建设》2019年第18期论文;