電氣化鐵路的電能質(zhì)量問題及改進措施

曲凱乾

摘要：在整個交通運輸系統(tǒng)中有一個非常重要基礎(chǔ)設(shè)施就是電氣化鐵路，它是國民經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的重要保障。由于電力機車三級負荷分配的非線性、沖突性和不對稱性，有了一定的電能質(zhì)量問題其中就包括諧波、電壓波動、閃變和負序電流等，這就從根本上降低牽引系統(tǒng)本身和整體電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量，進而會對電力系統(tǒng)的安全和效率產(chǎn)生一定的影響。針對于這種情況，我們必須要采取非常有效的措施，將電氣化鐵路對電網(wǎng)的影響降到最低并加以保障供電質(zhì)量，確保整體電路處在一個運行穩(wěn)定可靠的狀態(tài)當中?；诖?，本文針對于電能質(zhì)量問題進行了相關(guān)的探討。

關(guān)鍵詞：電氣化鐵路;主要問題;解決措施

引言

電氣化鐵路是對電網(wǎng)運行質(zhì)量造成影響的主要來源之一，電氣化鐵路的特點是其非線性、波動性和不對稱性，通過牽引變壓器、異常無線電波，電網(wǎng)中的三維電壓平衡等會產(chǎn)生一定的性能質(zhì)量問題，它們會產(chǎn)生諧波和負序電流注入電力系統(tǒng)，這就表明了我們必須要快速準確地預(yù)測性能質(zhì)量，所以我們要將這項工作重視起來，以此來確保整體電力網(wǎng)絡(luò)處于穩(wěn)定運行狀態(tài)當中[1]。

1、電氣化鐵路中存在的電能質(zhì)量問題

1.1、負序分量方面會對電網(wǎng)造成一定的影響

（1） 當繼電保護裝置產(chǎn)生負序電壓時，其性能受損;而異步電動機的正序電壓產(chǎn)生正序電磁力矩形并向上旋轉(zhuǎn);負電壓產(chǎn)生負電流和反向旋轉(zhuǎn)的矩形電磁場，負電壓對異步發(fā)動機的運行有著很不好的影響，而且異步機電壓負增長會導(dǎo)致負功率增加和電磁轉(zhuǎn)矩情況的發(fā)生，繞負序電流進行逆時針的旋轉(zhuǎn)將會直接影響異步機的工作效率，進而危及其安全運行，嚴重時甚至燒壞發(fā)動機，負序?qū)Ξ惒綑C性能的影響最為重要發(fā)電機是轉(zhuǎn)子的附加磨損和熱量，其次是產(chǎn)生降低發(fā)電機效率的附加振動。

（2）繼電保護裝置往往因為負序電流產(chǎn)生一定的影響：電氣化鐵路采用單級電力機車，牽引所采用yn11接線系統(tǒng)，因此每列電力牽引列車給電力系統(tǒng)帶來兩級負荷。雖然牽引變電所是互聯(lián)的，但整個電動客車的三維負荷仍然不平衡，有時很小，有時又很大，整個能源系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了負電流，使得負序電流會誤導(dǎo)能源系統(tǒng)中由負序驅(qū)動的繼電保護裝置，如當負序電流長時間運行時，傳統(tǒng)的電力保護系統(tǒng)則會變?yōu)殚]合狀態(tài)，在一段時間內(nèi)從被保護的快速動作中恢復(fù)電力保護繼而退出運行狀態(tài)，如果電氣化鐵路的負電流起解鎖作用，系統(tǒng)此時發(fā)生振動，可能會使該系統(tǒng)的保護距離出現(xiàn)誤差，產(chǎn)生跳閘等等現(xiàn)象，從而消除負序電流的一些影響，進而可以增加繼電保護系統(tǒng)的可靠性[2]。

1.2、電力系統(tǒng)中諧波電流也會產(chǎn)生一定的影響

（1） 同步發(fā)電機可能會受到的一些影響：諧波對同步發(fā)電機的主要影響是產(chǎn)生發(fā)熱以及熱量的進一步損失，其次是振動引起的張力，可能會增加噪音和諧波：諧波電流進入發(fā)電機池產(chǎn)生的磁場允許檢測線圈組中的諧波電流。由于集膚效應(yīng)的廣泛作用，電流只在每個轉(zhuǎn)子的部件表面產(chǎn)生流動，而阻尼繞組、槽楔、齒等等非常容易受到影響。定子繞組的諧波流動也具有一定的集膚效應(yīng)。大型諧波渦流和漏磁會發(fā)生一定的集中，而使隱極機定子中的很多部件嚴重升溫，其中包括槽楔、端蓋都會成為運行的邊界條件。如果發(fā)電機的諧波電流接近其部件的固有振動頻率，就會引起發(fā)電機的強烈機械振動。

（2） 對變壓器產(chǎn)生的一些影響，變壓器本身不僅是諧波源，同時也是其他諧波源在傳送過程中的核心關(guān)鍵部分，變壓器勵磁電流中的諧波含量在正常情況下不會導(dǎo)致鐵心損耗和發(fā)熱的增加，但在諧振條件下會損壞變壓器，對于全星接地的變壓器，當繞組中性點接地的同時網(wǎng)內(nèi)分布電容也非常大，會形成接近次諧波的諧振狀態(tài)。

2、相關(guān)的改進措施與方案

2.1、一般我們經(jīng)常使用輪流換相接入的方法

系統(tǒng)變電站與牽引變電站的比例往往是一比三，我們需要將原邊輪換接入電力系統(tǒng)連當中。三個牽引變電站負荷必須要處于一個完全平衡的狀態(tài)當中，那么它可能會被對稱負載的對應(yīng)方。實際上波動性和隨機分散性將會一直存在于電氣化鐵路負荷當中，所以三相負荷不可能完全處于對稱的狀態(tài)當中，我們必須要輸入一定數(shù)量的負序電流進入電力性能系統(tǒng)，但是往往根據(jù)具體理論分析和實踐表明，完全換相可將注入系統(tǒng)的負電流降低到百分之六十九左右[3]。

2.2、必須要使用相關(guān)的補償裝置減少影響

要想解決三相不平衡的狀態(tài)我們必須要從抑制諧波、降低電壓波動和閃變這三個方面來入手，現(xiàn)在已經(jīng)有多種選擇裝置，其中就包括先進的無源濾波器、靜態(tài)零故障補償（SVC），這些裝置允許對維持非線性負載穩(wěn)定性和沖擊點系統(tǒng)電壓水平來說是必需的不可用功率，我們需要隨時來進行調(diào)整。同時，還可以使用由電容器、電抗電阻系統(tǒng)、分塊裝置等非有源元件組成的非有源濾波器，這些濾波器與動態(tài)控制電抗器配合使用，起到補償無功補償誤差的作用，進而還可以改善功率，消除高次諧波的一些影響。

2.3、對交流傳動機車要有相應(yīng)的改進措施

用交直型號的高速動車來進一步代替現(xiàn)有的電力機車，可以從某種程度上有效的提高功率系數(shù)。根據(jù)電力系統(tǒng)的輪流換相，我們可以對列車的運行圖進行合理調(diào)整，以實現(xiàn)以下三相平衡的主要目標，以此來達到最大負載平衡，在一定程度上減少電氣輸入系統(tǒng)的負序電流，并優(yōu)化自動過載裝置的控制管理工作，以減少一些不必要的沖擊。所以我們必須要重視每一個工作環(huán)節(jié)，在此基礎(chǔ)上進行相關(guān)的改進和優(yōu)化，只有這樣才能保證整個系統(tǒng)的處于正常運行的狀態(tài)當中。

結(jié)束語

電氣化鐵路一旦出現(xiàn)問題將會對對交通運輸構(gòu)成重大威脅，嚴重時會危及到很多人的生命，由于供電系統(tǒng)各階段供、用電范圍非常廣泛，所以我們往往需要采取綜合性的管理方式，以此來最大程度的避免電網(wǎng)及其用戶造成一定的嚴重損害。有許多區(qū)域的符合非常密集且貨物較重，隨著經(jīng)濟的進一步發(fā)展，針對現(xiàn)有電氣化鐵路所存在的各類電能質(zhì)量問題，我們需要提出很多種解決措施，提前對可能出現(xiàn)的事故問題做好相關(guān)的預(yù)案措施，以此來保證當問題發(fā)生時我們可以第一時間的去解決。

參考文獻：

[1]高鵬，房俊，韓燕波，王嘉怡.電氣化鐵路電能質(zhì)量趨勢分析預(yù)測方法[J].計算機與數(shù)字工程，2019，47（06）：1521-1527.

[2]許倩.鐵路功率調(diào)節(jié)器容量優(yōu)化配置研究[D].湘潭大學，2019.

[3]楊維民.鐵路功率調(diào)節(jié)器電能質(zhì)量優(yōu)化研究[D].湘潭大學，2019.