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力，鐵路車廂自身是不攜帶供列車動力的資源，全部的資源都是由電力系統(tǒng)來供應(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)就有若干個變電所，電力系統(tǒng)提供的電壓經(jīng)過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脈。機車通過接觸網(wǎng)獲得電能，牽引列車前進。

2 電氣化鐵路對電力系統(tǒng)的危害

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

（2）對發(fā)電機可能會造成過熱和損耗過大的主要影響，次要影響是噪聲過大、電壓過大、振動增加等。進入發(fā)電機定子繞組的電流會相應(yīng)的生成諧波磁場，通過轉(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，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，它會造成端壓板、緊固螺栓過度發(fā)熱，影響正常的運行。如果諧波電壓超過承受能力的上限，發(fā)電機就會有強烈的振動。

（3）諧波分量造成過熱的敏感環(huán)節(jié)就是異步電動機的定子繞組絕緣。一般情況下客戶都有很多的發(fā)電機同時連接到母線上，電動機本身就有諧波條件的承受能力，就可以正常情況的運行。但是一旦諧波電壓達到承受范圍之外，就可能發(fā)電機會在很短的時間內(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引起過熱和損耗過大的現(xiàn)象，要是在諧波共振的條件下很有可能會影響變壓器的性能。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，通過改變電抗器電感量進而調(diào)節(jié)電抗電流，電容器主要是產(chǎn)生前置無功電流而電抗器產(chǎn)生后置電流。

（2）電氣化鐵路中采用牽引變加裝的方式來保證動態(tài)電流靜止無功補償?shù)拇胧?之一，采用固定的電容器和電抗器的方式。由牽引電荷的強弱，來自動改變電抗器內(nèi)的電流，進而控制并改變變壓器中的綜合無功和功率因數(shù)。

（3）一般采用高壓晶閘管電子開關(guān)分組投切補償電容這類的補償方案，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改變電子開關(guān)分成幾組的方式，進一步改善和控制變電站的功率參數(shù)，這類的補償方式有下面的幾個優(yōu)點，調(diào)節(jié)范圍精細、切換的時候設(shè)備安全可靠性高。從而解決了機械開關(guān)切換的不安全等弊端。從電氣化鐵路上的運行記錄上看，有一定改善效果，但是不能解決諧波分量大、負序等綜合問題。

4 電力系統(tǒng)在鐵路上應(yīng)用的建議

（1）無功率補償電容器。由于電氣化鐵道的電網(wǎng)信號有諧波成分大、含量足等特點，這些特點對周邊的電力系統(tǒng)和居民用電系統(tǒng)的安全運行造成很大的影響，導致電力系統(tǒng)不能正常的運行或者出現(xiàn)燒損的現(xiàn)象。為了研究電氣化鐵路對周邊電力系統(tǒng)的電容器的影響，我們通過對周邊地理系統(tǒng)進行實地的數(shù)據(jù)采集，然后通過計算機進行模擬計算分析，從而根據(jù)實驗的數(shù)據(jù)對周邊電容器的安全運行提供技術(shù)指導，并在生產(chǎn)電容器的廠商進行培訓測試等。為了減少電氣化鐵路諧波分量大對電容器造成的嚴重影響，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。單相負荷是電力機車的主要動力，由于電網(wǎng)諧波分量對發(fā)電機正常運轉(zhuǎn)會產(chǎn)生很大的影響，所以對這一個模塊必須進行計算機相關(guān)的模擬和仿真，從仿真的數(shù)據(jù)中得出諧波分量對發(fā)電機的影響程度，從而我們可以根據(jù)數(shù)據(jù)合理的指定運行的方式，制定更加嚴密的防范措施和檢測。參考文獻《福建電網(wǎng)負序電流計算的探討》中提供了詳細的實地測量數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，可以表明我國的鐵路的列車運行圖不可作為負序計算的負荷源，這樣可以顯示出電鐵不對成負荷較大些，但是這個對整個的電網(wǎng)系統(tǒng)來說還是有一定的準確性和實用性，也可以把不對稱電荷考慮在內(nèi)。另一方面，六種組合的負荷設(shè)計值對于電鐵牽引的電力系統(tǒng)還是可行的，其中負序電流較大的負荷組成方式表示的是電力系統(tǒng)極少出現(xiàn)的最大負序電力值。其他的五種組合可以作為電力系統(tǒng)正常運行的分析依據(jù)。

（3）繼電保護。目前，對一些常規(guī)的線路系統(tǒng)進行很大程度的改進和優(yōu)化，這樣既可以滿足電荷頻繁切換的特性，也可以適應(yīng)正常運行的要求，進而不斷提高保護裝置的抗干擾能力。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、負序和電壓擾動等質(zhì)量問題，高效長久的保證鐵路系統(tǒng)正常運行。

5 結(jié)論

電氣化鐵路的運行必然對周邊的電力系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，經(jīng)常會出現(xiàn)諧波或者管理不到位等情況，尤其是對網(wǎng)架很薄弱的偏遠地區(qū)的電力系統(tǒng)影響更加嚴重。如果偏遠地區(qū)的政府或者相關(guān)的電力部門可以未雨綢繆，事先對所有可能出現(xiàn)的情況進行估計并做好預防的緊急措施，這樣就可以將負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，共同維護電力系統(tǒng)的正常運行，這對于人們的生活是至關(guān)重要。

參考文獻：

[1]林磊.電氣化鐵路對電力系統(tǒng)影響的分析研究[D].浙江大學，2005.

[2]盧志海，厲吉文，周劍.電氣化鐵路對電力系統(tǒng)的影響[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2004，32（11）：3336.

[3]黃文英.福建電網(wǎng)負序電流計算的探討[J].電力與電工，1994（1）：3135.