摘要：随着科学技术的进步，我国的铁道牵引供电系统日渐完善，为铁路运输的安全可靠提供了强有力的技术保障。然而，在铁道牵引供电系统中还存在着诸多问题，这些问题严重影响了铁道牵引供电系统的正常运行，极易引发安全事故。因此，有必要对铁道牵引供电系统存在的问题进行分析，并探究有效的解决措施。
关键词：铁道；牵引供电系统；问题；措施
一、牵引供电系统存在的问题
1.1无功功率和谐波电流
主要体现在以下几个方面:
1.1.1对电力网设备的影响。谐波电流使变压器、电力线路和旋转电机的附加损耗加大，引起过热，缩短绝缘寿命，降低了功率因数和设备容量的利用。
1.1.2容易引起电力网局部的串联或并联谐振。在牵引变电站附近，串联和并联谐波的比例明显高于其他地方，频繁发生电网和电容器组的并联谐振，将会造成大量的电容器组不能投运或损坏，负载的功率因数长期偏低。
1.1.3容易引起继电保护装置的误动作。谐波对各种继电器的运行有明显影响，可使其动作特性发生较大改变，导致其频繁起动，甚至发生误动或拒动，对电力系统安全运行产生很大威胁。
为了弥补无功功率对电力系统造成的损失，电力系统根据用户功率因数的高低制定了相应的奖惩措施，当用户的月平均功率因数比规定标准低0.05时，增加月电费的2.5%，比规定标准低0.1时，增加月电费的5%。因此，由于无功功率和谐波电流的问题，铁道部门每年要向电力部门支付大量的额外费用。
1.2负序电流
牵引变电所通常分别采用单相联接、单相V形联接、Y，d-11联接等形式，完成电压等级的变换。单相牵引负载对三相供电系统的影响与变电所的联接形式有关，牵引变电所采用这三种基本接线方式时，都会在三相电力系统产生负序电流。纯单相联接时，虽然变压器容量利用率高，运营维修方便，造价低廉，但是电力系统的电流不对称系数为1，三相不对称现象严重；V型联接、Y，d-11联接的电流不对称系数，与两供电臂的负载电流的幅值比，以及功率因数角的差值有关，电流不对称现象普遍存在。
负序电流除了产生无功功率，具有无功功率的危害以外，对电力系统和用户还会造成其他巨大的影响，如:
a.使变压器的额定输出功率降低，不能发挥最高的运行效率。由于负序电流的存在，电力系统的变压器三相绕组中，必有一相电流最大，当负序电流流过变压器时，变压器绕组的铜耗增大，增加了附加损耗，而且变压器各绕组不能全工作在额定状态，变压器容量利用率降低。
b.引起旋转电机的附加发热和振动，危及安全运行及正常出力。从安全角度考虑，同步发电机定子各相的电流都不能超过其额定值，当定子中流过负序电流，为使各相电流不大于额定值，就必须降低发电机的出力。
c.降低了电力网的输电能力。负序电流在电力系统流过时，不仅不能作功，还造成电能损失，并占用输电系统的容量。
d.引起继电保护装置的误动作。
二、解决铁道牵引供电系统问题的措施
2.1 无功功率问题的解决措施
对于铁道牵引供电系统的无功功率问题，可采用以下解决措施：（1）对铁道牵引供电系统的相关设备进行改进。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为有效提高电力机车的运行功率因数，可将校正装置增设在电力机车，实现系统功率因数的有效提升。（2）在铁道牵引供电系统中使用四象限PWM整流器。当前，多数电力机车采用“交流—直流—交流”的供电模式，或者是“交流—直流”的供电模式。将四象限PWM整流器引入铁道牵引供电系统的整流环节，可实现电力机车输入电压基波与输入电流基波保持在同一相位，实现对铁道牵引供电系统无功功率的有效消除。（3）铁道牵引供电系统要选择具有良好性能的机电设备。性能优越的机电设备能大幅度提高功率因数，有效提高电能利用效率。
2.2 谐波电流问题的解决措施
对于铁道牵引供电系统的谐波电流，要采用成本低、效果好的解决措施。通常可采用以下解决措施：（1）叠加注入法。采用谐波叠加注入方式，能实现对铁道牵引供电系统运行过程中谐波干扰的有效降低。具体操作方法如下，将三次倍数的谐波源与谐波电流实施叠加，并将之添加到铁道牵引供电系统产生的矩形波形上，实现对系统谐波的有效降低。（2）在铁道牵引供电系统中使用滤波器。在铁道牵引供电系统运行过程中，探测产生谐波较多的区域，采用滤波器防止谐波放大，实现对谐波电流的有效降低。（3）使用多重化技术。对铁道牵引供电系统中的多个交流器进行联合，使用多重化技术实现对谐波的叠加，有效消除系统中的低频率谐波。（4）在铁道牵引供电系统中配置合适的减震器。实现对噪声振动的有效控制，避免机械设备在振动冲击下造成的破坏，有效减小机械振动对系统的不良影响。
2.3 负序电流问题的解决措施
对于铁道牵引供电系统中的负序电流问题，可采用以下解决措施：（1）选择具有较大容量的电源。铁道牵引供电系统的电流不平衡会导致负序电流的产生，因此，采用具有较大容量的高压电源能实现对系统不平衡电流的有效消除，进而大幅度降低负序电流。（2）使用STATCOM补偿法。该法能有效消除系统产生的负序电流。特别是两相STATCOM，一方面能实现对系统中无功功率的四象限控制，另一方面能实现对系统变电所有功潮流的有效调节，且具有较高的效率和较小的输出谐波，能大幅度降低系统产生的负序电流。（3）采用相序轮换技术。铁道牵引供电系统的三相不平衡会导致负序电流的产生，采用相序轮换技术能实现系统内部相间负载的平衡，进而实现系统的三相平衡。
2.4 高压电缆故障问题的解决措施
对于铁道牵引供电系统的高压电缆故障问题，可采用以下解决措施：（1）对铁道牵引供电系统的高压电缆进行严格的选材。必须采用铜质的单芯交流27.5kV交联聚乙烯绝缘电缆，还要确保采用非磁性金属铠装保护层。另外，架设高压电缆的相关技术人员要严格审查电缆型号以及电缆规格，严禁在电缆架设施工中使用不合格的电缆。（2）严格按照相关施工规范和流程进行高压电缆的铺设施工。一方面，要保证高压电缆的弯曲半径高于电缆外径的15倍，对于上下行高压电缆，要采用分沟敷设的施工方式。另一方面，对于穿越铁路的电缆，要选择具有较高强度的PVC管进行穿管铺设施工。要确保保护管半径高于电缆外径的2倍，弯曲半径要高于电缆外径的10倍，有效保障高压电缆运行的稳定性和可靠性。（3）为有效保障对高压电缆故障的及时检修，可采用明线架空措施。当高压电缆出现故障时，检修人员能及时查找出故障点，并对其进行维修，实现故障检修效率的大幅度提高。
三、结语
综上所述，铁道牵引供电系统为电力机车的正常运行提供了强有力的电力支持，对于我国铁路运输事业的发展具有至关重要的意义。对于铁道牵引供电系统常见的技术问题，诸如无功功率问题、谐波电流问题、负序电流问题以及高压电缆故障问题，要采用相应的解决措施，保障铁道牵引供电系统的正常运行。
参考文献
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[3]田军.铁道牵引供电系统存在的问题及其应对措施[J].工程技术:文摘版,2016(4):00124-00124.
论文作者:石伟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/8
标签：供电系统论文; 铁道论文; 电流论文; 谐波论文; 电缆论文; 措施论文; 功率因数论文; 《电力设备》2019年第13期论文;