電力系統(tǒng)在電氣化鐵路上的作用和影響

朱文杰

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，鐵路線路在不斷的延伸，然而電力系統(tǒng)是電氣化鐵路的主要的牽引動(dòng)力，鐵路車廂自身是不攜帶供列車動(dòng)力的資源，全部的資源都是由電力系統(tǒng)來(lái)供應(yīng)。所以研究電力系統(tǒng)在電氣化鐵路上的作用和影響是至關(guān)重要的。

關(guān)鍵詞：鐵路；電氣化；電力系統(tǒng)

1 電鐵牽引電力系統(tǒng)概述

電氣化鐵路的牽引電力系統(tǒng)主要是由牽引變電所和接觸網(wǎng)這兩個(gè)部分組成的。在鐵路附近的是牽引變電所，由周邊的電力系統(tǒng)或者三相電源進(jìn)行電力服務(wù)，一般情況在在鐵路沿線的一段距離內(nèi)就有若干個(gè)變電所，電力系統(tǒng)提供的電壓經(jīng)過(guò)變電所降壓后直接連接到鐵路上面的接觸網(wǎng)中。向鐵路上的機(jī)車提供電力的是接觸網(wǎng)設(shè)備，在鐵路沿線的上面，都有一排排的電力支柱，上面是金屬線，這就是接觸網(wǎng)，接觸網(wǎng)在電氣化鐵路上被成為鐵路的動(dòng)脈。機(jī)車通過(guò)接觸網(wǎng)獲得電能，牽引列車前進(jìn)。

2 電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)的危害

（1）在電氣化鐵路運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)電力系統(tǒng)影響最大的是諧波分量大，主要體現(xiàn)是下面的兩個(gè)方面，其一，由于諧波分量很大相應(yīng)的電流進(jìn)入很多的電器設(shè)備，產(chǎn)生負(fù)荷、過(guò)熱等危害，并根據(jù)運(yùn)行的速度等因素可能會(huì)造成諧波共振的影響。其二，諧波分量大造成相關(guān)儀表計(jì)量誤差，影響精確度。

（2）對(duì)發(fā)電機(jī)可能會(huì)造成過(guò)熱和損耗過(guò)大的主要影響，次要影響是噪聲過(guò)大、電壓過(guò)大、振動(dòng)增加等。進(jìn)入發(fā)電機(jī)定子繞組的電流會(huì)相應(yīng)的生成諧波磁場(chǎng)，通過(guò)轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出相關(guān)的諧波電流。上述的電流在各部件的上面流動(dòng)，這就是集膚效應(yīng)，所以容易受到阻尼繞組等影響。定子繞組里的諧波電流也是有集膚效應(yīng)的，它會(huì)造成端壓板、緊固螺栓過(guò)度發(fā)熱，影響正常的運(yùn)行。如果諧波電壓超過(guò)承受能力的上限，發(fā)電機(jī)就會(huì)有強(qiáng)烈的振動(dòng)。

（3）諧波分量造成過(guò)熱的敏感環(huán)節(jié)就是異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組絕緣。一般情況下客戶都有很多的發(fā)電機(jī)同時(shí)連接到母線上，電動(dòng)機(jī)本身就有諧波條件的承受能力，就可以正常情況的運(yùn)行。但是一旦諧波電壓達(dá)到承受范圍之外，就可能發(fā)電機(jī)會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)損壞。

（4）具有諧波源的變壓器是中間環(huán)節(jié)，是造成其他諧波源產(chǎn)生諧波的主要環(huán)節(jié)。變壓器的作用就是產(chǎn)生諧波分量，但是在一般情況下是不會(huì)引起過(guò)熱和損耗過(guò)大的現(xiàn)象，要是在諧波共振的條件下很有可能會(huì)影響變壓器的性能。一種特殊的全星型接線變壓器，如果在電力系統(tǒng)的分布很密并且線組中性點(diǎn)連接地線，就很大概率的產(chǎn)生次諧波共振的危害。

3 改善措施

（1）在牽引電力系統(tǒng)中采取電容和可控電抗器固定的方式，通過(guò)改變電抗器電感量進(jìn)而調(diào)節(jié)電抗電流，電容器主要是產(chǎn)生前置無(wú)功電流而電抗器產(chǎn)生后置電流。

（2）電氣化鐵路中采用牽引變加裝的方式來(lái)保證動(dòng)態(tài)電流靜止無(wú)功補(bǔ)償?shù)拇胧?之一，采用固定的電容器和電抗器的方式。由牽引電荷的強(qiáng)弱，來(lái)自動(dòng)改變電抗器內(nèi)的電流，進(jìn)而控制并改變變壓器中的綜合無(wú)功和功率因數(shù)。

（3）一般采用高壓晶閘管電子開關(guān)分組投切補(bǔ)償電容這類的補(bǔ)償方案，不斷的促使變壓站中的牽引母線降低電壓，然后出廠電容器通過(guò)改變電子開關(guān)分成幾組的方式，進(jìn)一步改善和控制變電站的功率參數(shù)，這類的補(bǔ)償方式有下面的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，調(diào)節(jié)范圍精細(xì)、切換的時(shí)候設(shè)備安全可靠性高。從而解決了機(jī)械開關(guān)切換的不安全等弊端。從電氣化鐵路上的運(yùn)行記錄上看，有一定改善效果，但是不能解決諧波分量大、負(fù)序等綜合問(wèn)題。

4 電力系統(tǒng)在鐵路上應(yīng)用的建議

（1）無(wú)功率補(bǔ)償電容器。由于電氣化鐵道的電網(wǎng)信號(hào)有諧波成分大、含量足等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)對(duì)周邊的電力系統(tǒng)和居民用電系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成很大的影響，導(dǎo)致電力系統(tǒng)不能正常的運(yùn)行或者出現(xiàn)燒損的現(xiàn)象。為了研究電氣化鐵路對(duì)周邊電力系統(tǒng)的電容器的影響，我們通過(guò)對(duì)周邊地理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)地的數(shù)據(jù)采集，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬計(jì)算分析，從而根據(jù)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)對(duì)周邊電容器的安全運(yùn)行提供技術(shù)指導(dǎo)，并在生產(chǎn)電容器的廠商進(jìn)行培訓(xùn)測(cè)試等。為了減少電氣化鐵路諧波分量大對(duì)電容器造成的嚴(yán)重影響，建議相關(guān)的電力部門將電容器電抗率串聯(lián)改為增加一道抑制次及以上諧波的防線。

（2）周邊發(fā)電廠。單相負(fù)荷是電力機(jī)車的主要?jiǎng)恿Γ捎陔娋W(wǎng)諧波分量對(duì)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生很大的影響，所以對(duì)這一個(gè)模塊必須進(jìn)行計(jì)算機(jī)相關(guān)的模擬和仿真，從仿真的數(shù)據(jù)中得出諧波分量對(duì)發(fā)電機(jī)的影響程度，從而我們可以根據(jù)數(shù)據(jù)合理的指定運(yùn)行的方式，制定更加嚴(yán)密的防范措施和檢測(cè)。參考文獻(xiàn)《福建電網(wǎng)負(fù)序電流計(jì)算的探討》中提供了詳細(xì)的實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，可以表明我國(guó)的鐵路的列車運(yùn)行圖不可作為負(fù)序計(jì)算的負(fù)荷源，這樣可以顯示出電鐵不對(duì)成負(fù)荷較大些，但是這個(gè)對(duì)整個(gè)的電網(wǎng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)還是有一定的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，也可以把不對(duì)稱電荷考慮在內(nèi)。另一方面，六種組合的負(fù)荷設(shè)計(jì)值對(duì)于電鐵牽引的電力系統(tǒng)還是可行的，其中負(fù)序電流較大的負(fù)荷組成方式表示的是電力系統(tǒng)極少出現(xiàn)的最大負(fù)序電力值。其他的五種組合可以作為電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的分析依據(jù)。

（3）繼電保護(hù)。目前，對(duì)一些常規(guī)的線路系統(tǒng)進(jìn)行很大程度的改進(jìn)和優(yōu)化，這樣既可以滿足電荷頻繁切換的特性，也可以適應(yīng)正常運(yùn)行的要求，進(jìn)而不斷提高保護(hù)裝置的抗干擾能力。但是這不能從本質(zhì)上解決電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)的各方面的影響。只有相關(guān)電力部門采用綜合系統(tǒng)的治理方式，才能從根本上解決諧波分量大、負(fù)序和電壓擾動(dòng)等質(zhì)量問(wèn)題，高效長(zhǎng)久的保證鐵路系統(tǒng)正常運(yùn)行。

5 結(jié)論

電氣化鐵路的運(yùn)行必然對(duì)周邊的電力系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)諧波或者管理不到位等情況，尤其是對(duì)網(wǎng)架很薄弱的偏遠(yuǎn)地區(qū)的電力系統(tǒng)影響更加嚴(yán)重。如果偏遠(yuǎn)地區(qū)的政府或者相關(guān)的電力部門可以未雨綢繆，事先對(duì)所有可能出現(xiàn)的情況進(jìn)行估計(jì)并做好預(yù)防的緊急措施，這樣就可以將負(fù)序的危害或者諧波的影響降到最低程度，這也是本文研究的主要內(nèi)容。隨著電氣化的鐵路不斷延伸，政府的相關(guān)部門必須協(xié)調(diào)配合，共同維護(hù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，這對(duì)于人們的生活是至關(guān)重要。

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