摘要：电气化铁路在我国铁路交通运输中发挥着重要的作用，铁路牵引供电系统是电气化铁路的重要组成部分，为电动机车源源不断地提供原动力。但是，供电系统运行中也存在着许多问题，这些问题的解决，将会促进我国电气铁路的发展。
关键词：铁路；牵引供电系统；问题；解决对策
铁路牵引供电系统的正常运行，能够确保电气化铁路安全性和稳定性，本文将针对铁路牵引供电系统中存在的问题和解决对策进行分析，希望能够促进我国电气化铁路牵引供电系统运行技术的发展。
一、牵引供电系统意义
电气化铁路的机车自身不具备原动力，机车运行依赖于外部系统供给电能，而这种外部供电系统就是牵引供电系统。牵引供电系统是电器铁路重要的组成部分。牵引供电系统由牵引变电所和接触网组成，通过接触网，牵引供电系统将电力源源不断地输送到机车，为电气化机车奠定了基础[1]。
二、铁路牵引供电系统中存在的问题
随着电气化铁路在我国铁路运输中的广泛应用，牵引供电系统越来越向着科技化方向转变，系统也变得越来越复杂。在技术不断创新和发展的同时，问题也陆续暴露出来。
（一）无功功率问题
交流电路中，电流和电压之间的相位差通常是无法避免的，由于相位差的存在，造成电流不做工也不产生功率的情况存在，却产于了能量的交换，使电路供电效率降低。这种情况叫做无功功率，这种问题在我国的铁路牵引供电系统中较为常见，对铁路牵引供电系统影响比较大，无功功率的存在让系统中相关电路和一些高端的电力设备温度急剧升高发热，使牵引供电系统出现有功损耗，往往会带来很严重的后果，给铁路牵引供电系统的运行带来影响。无功功率的损害主要表现在以下方面：
1、有功损耗增加
无功功率增加了牵引供电系统的能量损耗，是供电系统中有功损耗大幅度提升，促使供电系统的变压器、线路、发电机和其他电气设备热量提高。
2、无功容量产生变化
无功功率的存在引起供电系统的整体供电电流的增加，并且，无功功率导致系统的发电机、变压器、电气设备和线路的容量增加，使系统正常运行受到影响。
3、无功功率使有功容量降低
无功功率的存在促使系统供电系统整个电气设备无功容量增加，导致系统输出有功容量降低，有功功率的下降增大了电力网运行的危险系数，效率下降。
（二）谐波电流问题
在铁路牵引供电系统运行中，谐波电流的危害比较严重，它能够使电能的传输利用的效率大大降低，让供电系统的电气设备热量过高，同时产生振荡，并发出噪音，让牵引供电系统的绝缘老化，缩短线路使用寿命，甚至造成故障和损毁的危险。谐波电流问题的存在，不仅给铁路牵引供电系统带来较大影响，同时也给铁道供电系统人员安全带来影响。谐波电流能够使供电系统保护装置功能失常，给牵引供电系统运行带来安全隐患[2]。
1、对电力系统设备产生的危害
谐波电流的产生，增加了设备电力的损耗，导致供电线路运行中，材料温度的升高，绝缘材料使用寿命的降低，增加供电系统电力设备受损的几率，降低供电设备使用功率，减小容量的利用率。
2、谐波电流的产生对保护装置的损害
铁路牵引供电系统运行中，谐波电力的产生将对电路中的继电保护装置造成影响，是继电器在工作中受到干扰，使继电器功能特性发生改变，失去正常的保护功能，不但给线路和供电系统的安全运行带来威胁，也对供电系统工作人员安全造成影响。
（三）负序电流问题
在铁路牵引供电系统中，牵引变电所通常采用多种连接实现电压不同等级的变换，变电所的连接形式关系到电箱牵引负载对三项供电系统的影响，变电所采用的连接方式，是三相电力系统产生负序电流。供电臂的负载电流幅值和功率因数角影响着电流的不对称系数，电流不对称情况在铁路牵引供电系统中普遍存在。负序电流不但能够产生无功功率，还会对系统造成损害。
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（四）高压电缆故障
高压线缆的故障往往与线缆敷设的施工方式、电缆材料选择和电缆运行过程中的维护有关。高压线缆带来的故障常常会对铁路客运专线造成较大影响，但是，基于铁路交通的特点，高压电缆在维护中存在较多的困难，铁路所覆盖的范围广，线路长，环境多变，给高压电缆维护带来很多不便。
三、铁路牵引供电系统问题解决对策
（一）铁路牵引供电系统无功功率问题的解决
无功功率对铁路牵引供电系统的影响较大，无功功率的产生造成有功损耗增加，降低有功容量，要解决供电系统无功功率问题需要从以下方面着手。
1、供电设备的优化和改进
在系统建设初期，要选择具有优良性能的供电设备，并通过设备的优化，实现对无功功率的限制，在电气化铁路机车系统设计过程中，设计者要结合无公共率产生的原因提高机车运行功率来实现地无功功率的限制，在设计中可以增加功率因数的校正装置的设置，实现机车运行功率因数的提高。
2、引用叠加变电措施
在解决铁路牵引供电系统无功功率问题中，采用无源和有源相结合的方式，对无功功率进行控制和补偿。将四象限整流器应用于供电系统中，使机车的输入电压和输入电流处于同一基波相位，降低牵引供电系统的无功功率。
3、提高机电设备的性能
在系统建设中，要对设备的功能参数加以选择，采用性能较好的设备。无功功率与设备的性能有密切的关系，我国在供电设备的生产中，技术已经具有了较大的提高，有些机车已经实现了设备的改进，实现了功率因素的提高，提高了电气化铁路电能使用效率。
（二）铁路牵引供电系统谐波电流解决办法
谐波电路对供电系统危害比较严重，能够使电能传输效率大大降低，提高运行成本，使系统线路产生老化，降低供电线路的安全性；给电力供应系统设备带来安全隐患的同时，对工作人员的安全构成威胁，解决铁路牵引供电系统谐波电流问题，主要从以下方面入手[3]。
1、对电容器组进行优化
对铁路牵引供电系统优化设计中，将电容器的电抗器串联方式进行优化设计，同时将电容器组改为滤波器，也可以采用对电容器投入容量加以限定的方式，防止电容器放大谐波，从而提高电容器组的安全性能。
2、调整谐波源配置和工作方式
通过对牵引供电系统谐波源配置和工作方式的调整，集中设备对谐波的互补性，采用适当分散或交替使用的方式，对产生谐波电流的工作方式加以限制，从而降低谐波电流的产生。
3、叠加方式的运用
通过几个交流器的联合使用，实现多个方波叠加，达到消除低频率的谐波目的；利用三次倍数谐波源，将谐波叠加来降低运行部分的谐波。
（三）铁路牵引供电系统负序电流解决办法
1、对电源进行优化
在供电系统运行中，系统自身不能承受不平衡电流导致负序电流的产生，可以通过对电源的优化，提高电源容量，避免负序电流的产生，同时也能够提高供电系统的性能。
2、对变压器进行优化
负序电流的产生于三相不平衡有关，通过接线方式的调整和优化，实现变压器两端负荷的平衡，能够降低负序电流的产生。
（四）铁路牵引供电系统高压电缆故障解决办法
杜绝高压电缆故障问题，一方面要加大对材料选择力度，在电缆采购和使用过程中进行把控，认真检查和核对电缆的型号规格，对电缆各项指标进行检测和考察，不合格的材料不得应用，从源头进行质量把控。其次，在电缆施工中要严格按照施工工艺进行。
结束语：
铁路运输对我国经济建设具有重要的意义，加强对铁路牵引供电系统常见问题和故障的研究，采取有效的技术优化和改进办法对问题加以解决，不仅促进我国电气化铁路的发展，也为我国经济建设提供保障。
参考文献：
[1]宋平岗, 董辉, 周振邦,等. 新型牵引供电系统中MMC变流器环流无源抑制策略[J]. 机车电传动, 2018(1):33-38.
[2]程亮. 浅析铁路牵引供电系统存在问题及对策[J]. 中国科技纵横, 2017(5).
[3]罗邱银. 电力机车对牵引供电系统电能质量的影响及对策分析[D].
论文作者:宗学营, 母义远,李超人
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第12期
论文发表时间:2019/8/27
标签：供电系统论文; 谐波论文; 电流论文; 铁路论文; 功率论文; 电气化铁路论文; 机车论文; 《工程管理前沿》2019年第12期论文;