電氣化鐵路負荷特點及電能計量方式的探討

宋圭衍

摘 要：在供電的過程中容易對電力系統造成一定的負面影響，導致電流波形和電壓波形的畸變，產生諧波效應，使電能計量產生一定的誤差。文章首先簡要介紹了電氣化鐵路，并在此基礎上分析了電氣化鐵路的負荷特點，闡述了有功電能的計量方式，并對計量數據進行了比較和分析，希望能夠為電氣化鐵路的進一步應用和發展提供一些意見，僅供參考。

關鍵詞：電氣化鐵路；負荷特點；電能計量；計量精度

1 概述

電氣化鐵路的發展伊始是在1879年，德國柏林建造的世界上第一條電氣化鐵路，為電氣化鐵路的發展鋪下了基石。我國的電氣化鐵路發展較晚，第一條電氣化鐵路始建于1961年，這條電氣化鐵路修建在寶雞至鳳州段，被稱為寶成鐵路，這是中國第一條真正意義上的電氣化鐵路，為我國以后電氣化鐵路的發展奠定了基礎。電氣化鐵路的運行方式是以牽引動力為電力機車的，在電力機車上不設原動機，其運行的電力由鐵路電力供應系統來提供。在鐵路電力供應系統中，設置相應的接觸網和牽引變電所，以保證對電氣化鐵路進行供電。電氣化鐵路由于其自身的優越性，能有最大限度的節省能源、節約勞動力、降低鐵路運輸成本、提升運行效率。電氣化鐵路中的電力機車的供電方式采用的是單相工頻25kV的交流電壓，這種交流電壓非常適合電氣化鐵路的供電使用，在鐵路沿線的牽引變電站中能夠實現及時的給電氣化鐵路進行輸送電量，電氣化鐵路的牽引負荷具有鮮明的特點——波動性、沖擊性和非線性，這種鮮明的特點促使電氣化鐵路一般使用單相牽引變壓器，進行電網的輸配電，推動電氣化鐵路上的電力機車的運行。

2 電氣化鐵路負荷特點

電氣化鐵路由于其具有特殊性，其在用電上也具有特殊性，電氣化鐵路的牽引變電所的設置相當重要，電氣化鐵路的牽引變電所的負荷與一般的用電負荷是不一致的，其采用的是三相不對稱負荷，帶有沖擊性和波動性。在電氣化鐵路的電力機車浸過接觸網時是以如下的順序進行的：

電力機車產生的諧波電流→牽引變電所→電網

因而，電氣化鐵路負荷具有以下特點：

2.1 單相工頻負荷

電氣化鐵路的牽引變電所的負荷是三相不對稱的單相負荷，在用電過程中，可以從電力機車中直接獲取相應的功率，在與牽引接觸網相接觸的過程中產生負序電流進入到電網運行中，形成負序電壓。

2.2 單相沖擊負荷

電氣化鐵路的電力機車在運行的過程中，在受到路況、速度、重量等因素的影響時，其負荷也會產生一定的影響，這種影響會形成單相沖擊負荷，主要是受電力機車的瞬時沖擊變化影響的，尤其是急劇的變化的影響更為強烈。

2.3 單相整流負荷

電氣化鐵路的電力機車所使用的電力是通過變壓器和整流設備提供給電力機車內的各個直流電動機的。諧波電壓是在電氣化鐵路的運行過程中經常出現的，其產生的原因是在進行電網吸取基波電流的同時由于整流的原因而產生的，在整流的過程中由于其會消耗很多的無功功率，并且受接觸網和電力機車的變壓器的影響，導致電氣化鐵路牽引負荷的無功電流較大。

3 有功電能的計量方式

電氣化鐵路的牽引變電所的電力系統的供電系統主要是110kV的交流電。現階段主要采用的計量方式是以在電氣化鐵路的牽引變電所的110kV側或27.5kV側安裝計量設備為主。

3.1 27.5kV側計量

電氣化鐵路的牽引變電所所使用的主變壓器一般為27.5kV側。在連接上，其C相接地，在使用過程中，牽引電力網以相——地的方式對電氣化鐵路的電力機車進行供電。因而在牽引變電所主變壓器27.5kV側采用兩只單相電能表計量有功電能。電流線圈分別接于A相和B相，電壓線圈上的電壓分別為UAC和UBC

月用電量=（本月抄表數-上月抄表數）×倍率+主變損耗（計算值、大、小月不同）。

3.2 110kV側計量

110kV側的電能計量最好采用的是多相（三相四線）有功電能表對電能進行測量。在測量的過程中，這種三相四線的電能表比三相三線的電能表的準確性要高，因為這種表有三個元件，比三相三線的電能表多一個元件。

月用電量=（本月抄表數-上月抄表數）×倍率。

在110kV側計量不需加上人為計算的變壓器損耗，準確度顯然要高。

4 計量數據的比較

110kV側和27.5kV側的電能表計量方式中所用的計量裝置的主要數據如表1。

5 主要誤差影響分析

對電能計量的方式產生誤差的影響因素有很多，主要有以下幾個方面：

5.1 電能表精度的影響

一般情況下，單相電能表的精度為2.0級，其精度比較低、誤差大，而多相電能表（三相四線）的精度為1.0級，其精度比單相電能表要高，在日常的使用過程中，精度高的電能表對計量裝置的計量準確性更為有利。

5.2 互感器精度的影響

一般情況下，110kV側電壓使用的電流互感器的精度為0.5級，27.5kV側電壓使用的互感器的精度為0.2級，相比之下，110kV的電流互感器的精度比較差，導致在計量時的計量準確性相比之下的誤差比較大。

5.3 變壓器電量損失變化的影響

電氣化鐵路的變壓器在使用的過程中會產生一定的電量損失，而且電量損失的量也會隨著負荷的變化而變化，這種情況會導致電能的計量方式會存在一定的誤差，尤其是電氣化鐵路的負荷還具有沖擊性的特點，會產生諧波電流，進而導致變壓器內部的電量損耗的增加，這種誤差原因是導致27.5kV側的電能計量的準確性的重要原因之一。

5.4 諧波的影響

相關的研究表明電流諧波對電能的計量方式的影響十分巨大，27.5kV側和110kV側的電能計量方式都受諧波的影響，一般情況下，在電氣化鐵路的容易產生諧波的地方安裝的均為普通的感應式的電能表，在鐵路的運行過程中，由于受諧波的影響，都會引起不同程度的電量的損耗。在實際的使用過程中，一般情況下，裝在110kV側的電能表受諧波的影響比裝在27.5kV的電能表的影響要小。

參考文獻

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