電氣化鐵路供電系統(tǒng)及其對電力系統(tǒng)的影響及策略分析

劉瑞剛

摘 要：近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國電氣化鐵路得到空前發(fā)展，推動我國整個鐵路運(yùn)輸業(yè)取得很大的進(jìn)步。本文概述了電氣化鐵路供電系統(tǒng)和電氣化鐵路對電力系統(tǒng)的影響，并簡單分析了改善不良影響的策略，旨在推進(jìn)我國電氣化鐵路進(jìn)一步發(fā)展，僅供參考。

關(guān)鍵詞：電氣化鐵路；供電系統(tǒng)；電力系統(tǒng)；影響；策略

電氣化鐵路系統(tǒng)在不斷更新和完善，但是其對電力系統(tǒng)的不利影響也更加明顯。因為電氣化鐵路系統(tǒng)中的電力機(jī)車帶有沖擊性負(fù)荷，如果將其接入電網(wǎng)，必然會在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生負(fù)序電流及諧波電流，威脅電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和平穩(wěn)性。

一、電氣化鐵路供電系統(tǒng)概述

（一）牽引供電系統(tǒng)。電氣化鐵路電能供給主要依靠牽引供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括接觸網(wǎng)和牽引變電站。接觸網(wǎng)中帶回流線的直接供電方式主要應(yīng)用于普速電氣化鐵路中，自耦變壓器供電方式主要應(yīng)用于高速電氣化鐵路中；牽引變電站根據(jù)接觸網(wǎng)供電性能和牽引負(fù)荷的情況以及鐵路的電氣化區(qū)段，在鐵路沿線設(shè)置多個距離相同的牽引站，供電采取雙線雙變的供電方式，并且每個牽引變電站擁有兩個供電臂，如果有一個變電站出現(xiàn)供電故障，則通過接觸網(wǎng)的網(wǎng)臂在相鄰變電站的作用下完成供電，此時會對行車速度產(chǎn)生影響，但不會導(dǎo)致停運(yùn)，如進(jìn)行合理調(diào)度，必然會減少不良影響。

（二）牽引變壓器接線方式。目前，國內(nèi)使用的牽引變壓器接線方式主要是單相接線、SCOTT接線和阻抗平衡接線等。單相接線其操作簡單、容量利用率可達(dá)到百分之百，我國牽引變電站中多采用此種變壓器，運(yùn)行過程中增大了牽引變電站供電半徑，但是其負(fù)序電流產(chǎn)生概率較大，給電力系統(tǒng)電能質(zhì)量帶來不利影響；SCOTT變壓器具有兩臂，如果其配合自耦變壓器供電方式，增加的供電半徑會超出單相接線時增加的距離，但是SCOTT造價成本較高；阻抗匹配平衡接線變壓器是由我國自主研發(fā)的，并且在中性點接地系統(tǒng)作業(yè)中，工作人員對電流和電壓進(jìn)行調(diào)整，使得兩相或者三相變換達(dá)到平衡狀態(tài)。

二、電氣化鐵路對電力系統(tǒng)的影響

（一）負(fù)序電流對電力系統(tǒng)的危害。在電氣化鐵路運(yùn)行過程中，會產(chǎn)生負(fù)序電流，出現(xiàn)不對稱運(yùn)行現(xiàn)象，限制發(fā)電機(jī)出力，影響發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。電力系統(tǒng)中的繼電保護(hù)裝置主要由負(fù)序分量控制，當(dāng)受負(fù)序電流影響時，裝置會出現(xiàn)錯誤，常規(guī)距離保護(hù)可能會處于閉鎖狀態(tài)，嚴(yán)重時距離保護(hù)會退出運(yùn)行。另外，變壓器也會受到負(fù)序電流的影響，導(dǎo)致三相電流中一相增大，影響變壓器的額定出力，降低了變壓器的附加量，使得變壓器中的鐵芯磁路附加發(fā)熱。并且如果送電線路存在負(fù)序電流，其自身不做功，但會損失電能，以此導(dǎo)致網(wǎng)損增加，進(jìn)而影響電力系統(tǒng)中送電線路的輸送能力。

（二）諧波電流對電力系統(tǒng)的危害。諧波電流對電力系統(tǒng)的影響主要集中在以下三個方面：第一，如果諧波電流作用于計量設(shè)備和儀表，并且設(shè)備和儀表受電壓波形控制，則諧波電流必然會引起計量誤差，降低計量準(zhǔn)確性；第二，諧波電流過大時，電氣設(shè)備會出現(xiàn)過熱或者超負(fù)荷現(xiàn)象，而且在一定的條件下會產(chǎn)生諧振現(xiàn)象；第三，變壓器是諧波的源頭，也是諧波傳送的主要路徑，當(dāng)出現(xiàn)諧振現(xiàn)象時，會嚴(yán)重?fù)p害變壓器，當(dāng)變壓器采取全星型接線模式，并且繞組中性點接地，電網(wǎng)中分布較大的電容，則會加大諧振現(xiàn)象發(fā)生的概率。

三、改善電氣化鐵路對電力系統(tǒng)不良影響的策略分析

（一）解決負(fù)序電流和諧波電流措施。在具體變電站設(shè)計中，相關(guān)單位及技術(shù)人員要重點考慮如何解決負(fù)序電流和諧波的問題。第一，電氣化區(qū)段牽引變電站換相來減少負(fù)序電流注入到電力系統(tǒng)中；第二，通過安裝濾波器來抑制諧波，但是還會有部分諧波電流進(jìn)入到電力系統(tǒng)中，所以要配合其他措施，達(dá)到有效抑制諧波電流的目的；第三，機(jī)車本身是產(chǎn)生無功電流與諧波電流的主要源頭，工作人員可將三次諧振電容補(bǔ)償電路設(shè)置在機(jī)車牽引繞組上，每輛機(jī)車設(shè)置4組，有效吸收諧波電流，此外也可根據(jù)機(jī)車無功大小情況，設(shè)置相應(yīng)的諧振補(bǔ)償裝置，保證電能質(zhì)量，有效降低諧振現(xiàn)象發(fā)生的概率。

（二）優(yōu)化牽引供電方式。為了減少事故的發(fā)生以及降低對系統(tǒng)的影響，鐵路部門在采取輪轉(zhuǎn)換相接入方式接入系統(tǒng)時，還需要在供電系統(tǒng)中接入外部電源，充分利用電力系統(tǒng)電能承載力。在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較薄弱的地區(qū)，當(dāng)負(fù)序電流具有明顯的臨時性或者過渡性時，通過切換電網(wǎng)中某一段的線路或者變壓器的投入與退出，進(jìn)而對系統(tǒng)中負(fù)序電流分配情況實現(xiàn)改變。另外，鐵路部門還應(yīng)該在電氣化鐵路外部電源的變電站安裝設(shè)置線路保護(hù)裝置，并不斷調(diào)整線路距離保護(hù)震蕩閉鎖模式，以突出快速復(fù)位功能為主，確保當(dāng)發(fā)生沖擊負(fù)荷等情況時，距離保護(hù)能快速進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。

（三）設(shè)置無功補(bǔ)償裝置。在電氣化鐵路牽引變電站中，如果沒有機(jī)車通過，變電站會向電網(wǎng)發(fā)送無功。所以，電氣化鐵路牽引變電站應(yīng)選擇動態(tài)補(bǔ)償?shù)哪Ｊ剑M(jìn)無功補(bǔ)償技術(shù)和裝置，比如三相動態(tài)無功補(bǔ)償裝置、單相固定補(bǔ)償兼濾波裝置，結(jié)合變電站實際情況，共同治理無功補(bǔ)償和諧波電流，保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

四、結(jié)語

綜上所述，電氣化鐵路推動了電力需求的增長，而電力系統(tǒng)安全、平穩(wěn)的運(yùn)行也給電氣化鐵路發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。所以，相關(guān)部門必須采取有效措施，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，加強(qiáng)對負(fù)序電流和諧波電流等的治理工作，推動我國電力系統(tǒng)和電氣化鐵路共同發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚彥東.電氣化鐵路供電系統(tǒng)及其對電力系統(tǒng)的影響[J].中小企業(yè)管理與科技（中旬刊），2017，04：189-190.endprint