谈明庆 青藏铁路公司西宁供电段 青海 西宁 810006
摘要：电力系统是电气化铁路的一个特殊用户，其负荷的特点是具有非线性、不对称和波动性。本篇文章以斯考特变压器的供电系统为例子, 分析了系统的不平衡谐波等, 介绍了其对电力系统的影响和危害, 并提出了一些应对方案； 对于电气化铁路负荷功率因数比较低的情况, 分析了无功补偿的必要性以及无功补偿目前存在的问题和解决方法。通过分析表明可以把电气化铁路对电力系统的影响进一步降低一个层次。
关键字：电气化铁路 影响 电力系统 谐波
1.引言
改革开放以来，我国的铁路事业迅速发展，随着经济的不断发展，科学技术也在不断进步， 这些年全世界电气化铁路也在飞速的发展着，运营里程每年都在增加。电气化铁路的电力机车具有极大的移动性和波动性的特点，大功率单相整流带冲击是其负荷特点，在接入大电网后运行后，电力系统中产生大量的负序分量和谐波，进而影响电网接入点的可靠性和稳定性，如果不采取任何措施加以治理，将严重威胁电力系统的经济运行和安全。
2. 电气化铁路及供电方式
2.1 电气化铁路的基本概念
电气化铁路是由电力机车和供电系统两部分构成。整个供电系统是由供电电源和牵引供电系统两个部分构成。其中供电电源包括电力系统变电站和供电系统供电的高压输电线，牵引供电系统由牵引网和牵引变电所构成。铁路运输的牵引动力是电力机车，其本身不携带能源，通过牵引网输送的电流，由牵引电动机通过车载变流器输出能量进而驱动车轮。
2.2 牵引变压器的接线方式
我国牵引变电所的牵引变压器的接线方式一般有单项接线（I/I） 三相接线（V/V、Yn.d11）和三相/两相平衡接线等。与传统铁路相比，电气化铁路与其的根本区别是:带动列车运行的电力机车不是自带能源机车，电力机车需要靠牵引供电系统输送电力产生动力。牵引供电系统主要包括接触网和牵引变电站。牵引变电站通常建在铁路沿线，按照铁路电气化区分划段，考虑到牵引负荷和接触网的供电能力，每相隔一定距离就会设立若干个牵引变电站。为保证供电的可靠性，牵引变电站供电方式采用双线双变，并分为两路供电，相互做为热备用。而每个牵引变电站都有两个供电臂，当其中一个牵引变电站全停时，其两接触网臂亦可分别由相邻两牵引站供电。此时相邻臂供电负荷及半径会增大，电压降低，但设计时已作考虑，不会导致机车停运，只是会影响通行速度和行车密度，经铁路合理调度，影响也会进一步减小。
3.电气化铁路供电系统对电力系统的影响
电气化铁路牵引网的供电方式是单相供电，这种整流方式和供电方式对电力系统的正常运行有着直接影响作用。其原因是单相供电使得牵引变电站三相侧电流不平衡，所以负序电流注入上级电力系统；因为牵引负荷变化过快，影响了电力系统的电流值，整流给电力系统注入了谐波，而谐波的存在更降低了总功率的因数，从而对电力系统造成影响。
3. 1 对旋转电机的影响
1)汽轮发电机的转子是敏感部位, 因为汽轮发电机转子的谐波和负序温升与定子相比比较大, 存在局部突出的高温部位, 国内曾发生过汽轮发电机转子部件表面过热受损的严重事故。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆并且当负序电流流过发电机的时候, 产生负序旋转磁场和负序同步转矩 ,从而使发电机产生附加振动，也会引起电机的振动同时发出噪声, 这样长时间的振动会造成金属疲劳和机械损坏 。
2)对相邻牵引变电所远离电源的异步电动机 ,其定子绕组为其敏感部位。同时定子绕组还将在电动机中产生反向旋转磁场, 此反向磁场对电动机转子产生制动作用, 影响其出力。在负序电流和谐波的共同影响下,国内曾发生多起因定子绕组过热造成的烧毁事故。
3. 2 对电力变压器的影响
在变压器绕组中谐波电流要产生附加损耗,该损耗十分大,另外还能导致某些紧固件发热,并可能使局部过热, 使变压器加速老化 ,缩短其使用寿命。电力系统三相电流不对称由负序电流造成,从而使变压器的额定出力不足，即变压器容量利用率下降。
3. 3对输电线路的影响
电气化铁路供电系统产生的谐波使网损增大, 在谐波放大或发生系统谐振的情况下 ,谐波网损程度十分巨大。当负序电流流过电力网时, 它并不做功,只是降低了电力线路的输送能力，影响其输送效率。
4．改善电气化铁路对电力系统影响的主要措施
电气化铁路产生的负序和谐波电流对相关的电厂以及其他电力设备有着十分严重的影响 ,也威胁着其安全性,因此必须定量分析电力机车负序电流的影响程度,并在此基础上实行切实可行的技术措施。
4.1降低和限制负序电流措施
1)在牵引变电站高压侧接入系统中使用换相连接，列车方式重新合理安排, 使在电气化铁路沿线均衡的分配单相负载。2)采用对称补偿技术和同相供电系统，使牵引站供电电源合理安排,使每一个都确保有可靠的主供电源和备用电源,不至使牵引站过于集中的产生负序电流 ,由于是多个电源分担,所以要特别要注意离牵引站的电气距离,要记住容量小的发电机组是不能够承受较多的负序电流的, 更不能单独的作为牵引电源使用。3)可在发电厂或枢纽变电站安装特殊的同期对电力系统进行改进，将限流电抗器加装在发电机的出线端, 这样就可以有效地减小注入发电机的负序电流，从而限制负序电流的产生。
4.2 谐波防治措施
利用整流变压器进行绕组移相 ,从而抑制高次谐波，同时对牵引变电站应该加装谐波监测仪器。在单相应用条件下,通过协调控制的方法,将两组不同电磁参数的单相可控电抗器工作时并联，可使每个可控电抗器产生的谐波互相补偿,从而大大降低单相并联电抗器组的谐波水平。还要保持电气化铁路专线用电,严格区分其余铁路、生活用电与电气化铁路供电。
5.结语
电气化铁路是重要的电力需求增长点，也是电网的用电大户;而强大的电力系统是电气化铁路运输的可靠性和经济性的保证。虽然在负序电流及谐波的治理方面我们需要继续加大投入和增加成本，但我们目标是共同减少电气化铁路的不利影响，提高电能质量，这样短期的投入会换来长期的效益与合作共赢，并有利于电气化铁路的发展,从而获得满意的社会经济效益。
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论文作者:谈明庆
论文发表刊物:《文化研究》2016年2月
论文发表时间:2016/7/25
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