電氣化鐵路供電系統及其對電力系統的影響及策略分析

劉瑞剛

摘 要：近年來，隨著科學技術的發展，我國電氣化鐵路得到空前發展，推動我國整個鐵路運輸業取得很大的進步。本文概述了電氣化鐵路供電系統和電氣化鐵路對電力系統的影響，并簡單分析了改善不良影響的策略，旨在推進我國電氣化鐵路進一步發展，僅供參考。

關鍵詞：電氣化鐵路；供電系統；電力系統；影響；策略

電氣化鐵路系統在不斷更新和完善，但是其對電力系統的不利影響也更加明顯。因為電氣化鐵路系統中的電力機車帶有沖擊性負荷，如果將其接入電網，必然會在電力系統中產生負序電流及諧波電流，威脅電力系統運行的安全性和平穩性。

一、電氣化鐵路供電系統概述

（一）牽引供電系統。電氣化鐵路電能供給主要依靠牽引供電系統，該系統主要包括接觸網和牽引變電站。接觸網中帶回流線的直接供電方式主要應用于普速電氣化鐵路中，自耦變壓器供電方式主要應用于高速電氣化鐵路中；牽引變電站根據接觸網供電性能和牽引負荷的情況以及鐵路的電氣化區段，在鐵路沿線設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供電故障，則通過接觸網的網臂在相鄰變電站的作用下完成供電，此時會對行車速度產生影響，但不會導致停運，如進行合理調度，必然會減少不良影響。

（二）牽引變壓器接線方式。目前，國內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、容量利用率可達到百分之百，我國牽引變電站中多采用此種變壓器，運行過程中增大了牽引變電站供電半徑，但是其負序電流產生概率較大，給電力系統電能質量帶來不利影響；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的，并且在中性點接地系統作業中，工作人員對電流和電壓進行調整，使得兩相或者三相變換達到平衡狀態。

二、電氣化鐵路對電力系統的影響

（一）負序電流對電力系統的危害。在電氣化鐵路運行過程中，會產生負序電流，出現不對稱運行現象，限制發電機出力，影響發電機的正常運行。電力系統中的繼電保護裝置主要由負序分量控制，當受負序電流影響時，裝置會出現錯誤，常規距離保護可能會處于閉鎖狀態，嚴重時距離保護會退出運行。另外，變壓器也會受到負序電流的影響，導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熱。并且如果送電線路存在負序電流，其自身不做功，但會損失電能，以此導致網損增加，進而影響電力系統中送電線路的輸送能力。

（二）諧波電流對電力系統的危害。諧波電流對電力系統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備和儀表，并且設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，降低計量準確性；第二，諧波電流過大時，電氣設備會出現過熱或者超負荷現象，而且在一定的條件下會產生諧振現象；第三，變壓器是諧波的源頭，也是諧波傳送的主要路徑，當出現諧振現象時，會嚴重損害變壓器，當變壓器采取全星型接線模式，并且繞組中性點接地，電網中分布較大的電容，則會加大諧振現象發生的概率。

三、改善電氣化鐵路對電力系統不良影響的策略分析

（一）解決負序電流和諧波電流措施。在具體變電站設計中，相關單位及技術人員要重點考慮如何解決負序電流和諧波的問題。第一，電氣化區段牽引變電站換相來減少負序電流注入到電力系統中；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入到電力系統中，所以要配合其他措施，達到有效抑制諧波電流的目的；第三，機車本身是產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償電路設置在機車牽引繞組上，每輛機車設置4組，有效吸收諧波電流，此外也可根據機車無功大小情況，設置相應的諧振補償裝置，保證電能質量，有效降低諧振現象發生的概率。

（二）優化牽引供電方式。為了減少事故的發生以及降低對系統的影響，鐵路部門在采取輪轉換相接入方式接入系統時，還需要在供電系統中接入外部電源，充分利用電力系統電能承載力。在電網結構比較薄弱的地區，當負序電流具有明顯的臨時性或者過渡性時，通過切換電網中某一段的線路或者變壓器的投入與退出，進而對系統中負序電流分配情況實現改變。另外，鐵路部門還應該在電氣化鐵路外部電源的變電站安裝設置線路保護裝置，并不斷調整線路距離保護震蕩閉鎖模式，以突出快速復位功能為主，確保當發生沖擊負荷等情況時，距離保護能快速進入保護狀態。

（三）設置無功補償裝置。在電氣化鐵路牽引變電站中，如果沒有機車通過，變電站會向電網發送無功。所以，電氣化鐵路牽引變電站應選擇動態補償的模式，引進無功補償技術和裝置，比如三相動態無功補償裝置、單相固定補償兼濾波裝置，結合變電站實際情況，共同治理無功補償和諧波電流，保證電力系統的安全運行。

四、結語

綜上所述，電氣化鐵路推動了電力需求的增長，而電力系統安全、平穩的運行也給電氣化鐵路發展奠定了堅實基礎。所以，相關部門必須采取有效措施，引進先進技術，加強對負序電流和諧波電流等的治理工作，推動我國電力系統和電氣化鐵路共同發展。

參考文獻：

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