电气化铁路牵引变电站现场电能参数的测量分析

电气化铁路牵引变电站现场电能参数的测量分析

摘要：随着时代的发展经济的进步我国开始大力发展电气化铁路。电气化铁路

牵引变电站（Electric Railway Traction Substation，简称ERTS)的负荷是冲击性负荷，会影响到计量电网电能的准确性。本篇文章分析了测量ERTS现场电能参数，希

望能更加准确的计量负荷电能。

关键词：电气化铁路;牵引变电站;电能参数；测量

在电力系统中有大量冲击负荷存在。负荷会影响冲击电网的正常运行，会发

生电压闪变、功率冲击以及谐波等情况。并且如果波形发生畸变的话就会造成电

网存在一系列的谐振情况，出现一系列的电气设备异常运行，其中出现异常的电

气设备包括旋转电机、电力变压器以及电容器等等，加大铜损或者是铁损的内在

损耗问题，导致电气设备升温并会破坏掉绝缘性能且能够加速电气设备的老化程度，与此同时也会降低电气设备的输电效率。发生的谐振现象会让电气设备也发

生一样的振动，而且电气设备在发出噪声的时候会造成金属疲劳以及损坏机械，

并会造成减少这些电气设备的寿命时间。而且谐波会带来谐波过电压会让电压以

及电流发生非常严重的畸变情况，严重影响电力系统的自动控制系统以及继电保

护设备等，会直接影响到电网的稳定顺利运行。波形的畸变也会影响电能计量进

而直接造成比较大的误差。

在电力系统之中有很多进行挂网使用的电能计量仪表。但大多数都是以正弦

电路功率理论为基础得，同时在正弦周期电压、假设电流信号的基础之上来进行

设计。由此得知这种电能计量仪表理论上来说不能精确的计量出谐波电能和间谐

波电能，就会造成总的有功电能以及无功电能计量非常大的误差。若是把传统的

非正弦电路功率理论作为理论的基础，若是运用以非正弦周期电压、假设电流信

号设计的电能计量仪表的话，这种仪表数量非常的少而且价格也是非常的高昂。

通过运用该电能计量仪表就可以计量出谐波的电能了，却不能计量出电压以及因

电流产生的无功电能。使之总电能计量产生较大的误差。现阶段我国并没有研究

出能够在任何电压、任何电流信号的基础上设计的电能计量仪表，本篇文章分析

了电气化铁路牵引站的现场电能参数的测量，希望能为今后的发展打造一个基础。 1电气化铁路牵引变电站的概述

我国的电气化铁路发展越来越好，同时在电力负荷中的牵引负荷的比重呈现

上升的趋势，深刻的认识到牵引负荷的意义才能更好的掌握我国的电气化铁路的

供电模式。我国的电气化铁路牵引变电站主要是分布在铁路的沿线位置，同时牵

引网是沿着铁路进行架设的，这二者一同组成了一个牵引供电系统为电气化铁路

提供着电力能源。为了更好的实现供电的安全，电力系统为ERTS提供电力能源

主要是通过运用双回的110kⅤ的交流输电线路。ERTS将三相高压交流电改换成

为两回单相的交流电实现为电气化铁路上行和下行方向的接触网提供电力资源。

稳定性差、存在短路故障且谐波的含量很大是牵引负荷所具有的特征。电力机车

主要是由一些大功率的整流设备组合而成，具有的特点是有功冲击严重、无功冲

击严重、电压波动大、非正弦、非对称性以及非连续性。电力机车运行时会出现

很多谐波以及负序电流。牵引负荷运行时会直接影响到电网的安全运行，也会减

少变压器等这类电气设备的使用寿命，牵引负荷在运行时会也会产生大量的谐波

进而造成损耗，造成干扰继电保护以及自动装置，进而使仪表以及电能计量存在

误差。

2电能参数的测量以及分析测量结果

本篇文章的数据是电气化铁路牵引变电站运行一段时间后所得出的。运行期间设备非常的稳定无死机和故障的情况发生，请看表1。

表1 对比冲击性负荷电能表与普通三相电能表的计量结果

为了能够更清楚的分析出这两电能计量数据之间的差异，工作人员测量了电力机车路段运行时以及离开路段指后的电压电流信号情况。图1是电力机车离开路段之前和之后的电压以及电流波形情况。

图1 电力机车离开路段之前和之后的电压以及电流波形

在电力机车离开路段之前和之后的电压以及电流波形的图中表示出的粗线条指的是电压波形，同时图中的细线条指的是电流波形。当牵引变电站的额定电压为220kV时：

计算得出的数值和与测量值相同。由此可以得出电力机车在离开路段之前或之后，线路电压没有发生非常明显的变化，而电流却在几秒内发生了大幅度的下跌。电气化铁路牵引变现场的电流在这两个状态之间一直变化，造成牵引变电站现场潮流发生非常频繁的变化，如图2所示。

图2 电力机车离开路段之前和之后的有功功率和无功功率波形

上图中的实线部分是有功功率，而虚线是无功功率。从上图可以得知在电力机车离开路段之后，有功功率小了，无功功率在0左右波动。当电力机车行驶在路段时，加大了有功功率，无功功率也在上升。由于电气化铁路牵引变电站的功率潮流会频繁发生变化的特点，就需要严格要求表计的动态性能，当正反向能量交替时必须提升表计的实时跟踪能力。

3分析比较冲击性负荷电能表和普通电能表的计量

冲击性负荷电能表主要能够表现出谐波电能计量不确定度和正反向电能区分不确定度。在硬件上与普通电能表不一样的是冲击性负荷电能表替换了电流互感器(Current Transformer，简称为CT)，而是运用了高精度的CT，高精度CT具有频带范围宽且相角特性好的特点。完善了滤波电路使之在电压和电流方面比常规表计上有良好的幅频，改进了谐波计量的不确定度。依据得到的冲击性负荷功率潮流方向会发生频繁变化的现象，冲击性负荷电能表提高了有功能量正反向判断的时间。若负载功率潮流方向发生频繁变化造成正反向有功能量抵消造成有功计量不确定度变差的话，运用以上这个方法就能很好的解决了。

4结束语

电气化铁路具有快速度、节约能源以及牵引力很大的优势，并且已经广泛的应用以及推广在我国。本篇文章分析测量了ERTS电能参数，得到电气化铁路牵引变电站冲击负荷的特点包括在牵引变电站冲击负荷中谐波的含量较多且冲击明显，并且功率潮流的方向变化非常的频繁。电能计量的冲击特性因为幅值以及峰值没有超过常规的表计有效量程，所以没有影响到计量的精准度，因为在电气化铁路牵引变电站负荷中谐波和功率潮流频繁的发生变化，会造成常规表计进行计量的过程中存在不准确的谐波电能计量和正负能量抵消的情况，致使所测量的不准确。冲击性负荷电能表能够更加精准的进行谐波电能计量和准确判断高速功率潮流方向，体现出更加公平合理的基本原则。

参考文献

[1]张丽艳;新建电气化铁路对电网电能质量影响的预测与对策分析研究[D];西