分析铁道牵引供电系统存在的问题及其解决方法

分析铁道牵引供电系统存在的问题及其解决方法摘要：铁道运输关系到我国的铁路运输事业的发展，要对铁道牵引供电系

统存在的问题进行分析，并研究其解决方法。

关键词：铁道牵引供电系统；问题；解决方法

前言

目前，我国铁路建设不断加快，铁道牵引供电系统也得到了相关建设部门

的重视，但是，面对铁道牵引供电系统存在的问题，应该更加重视对其进行研

究，提高铁路的使用效果。

一、铁道牵引供电系统的组成

铁道牵引供电系统主要是由三大部分组成，即：电气化铁道一次性供电系

统、铁道的牵引变电所以及牵引网。其中，铁道的牵引变电所其主要功能就是

把三相的交流高压电能通过各种方式转变成较低的电压，三相的交流高压电能

主要是从电气化铁道一次供电系统处所输送过来，而这些较低的电压主要适合

电力机车使用。铁道牵引网则主要包括五部分，分别为：接触网、馈电线、轨

道、大地以及回流线，铁道牵引网的功能主要是将铁道牵引变电所转化的较低

电压电能输送到电力机车。铁道牵引供电系统根据为铁道机车提供的电流性质

来划分，可以分为直流制以及交流制两种。其中交流制又可以分为两种，即：

工频单相交流制以及低频单相交流制。工频主要指的是工业标准的频率，一般

就是50赫兹或者60赫兹。而低频则指的是低于工业标准频率（50赫兹或者60

赫兹）的频率，在平常的应用中，低频用的最多的是15-20赫兹。不同的电流

制，其电力牵引供电系统设备都有极大的不同。

二、铁道牵引供电系统存在的问题

1、无功功率

电力机车是一个具有随机变化特点的感性负载，它的基波电流会滞后电压

一定角度，由于变压器、牵引电机这些设备的非线性，加上电力电子器件非线

性的调节作用，导致机车的电流中包含大量在三相供电系统中的不对称分布的

谐波成分。牵引负载功率大、时间和空间分布随机性强以及三相不对称的特点

导致牵引供电系统成为电力系统中主要的无功源。供电系统无功功率产生的危

害主要表现在以下方面：

使供电线路中无功功率的有功损耗增加，供电线路、变送电设备以及其他

用电设备发热程度增加。增加无功功率会使电流增大，从而使得发电机、变压

器以及其他电气设备和导线的容量增加。由于变送电设备负荷容量中，增加了

无功容量。导致变送电设备有功输出的容量降低。

2、谐波电流

电力系统所产生的谐波和其它整流负荷所产生的谐波一样，给电力系统及

用户带来巨大的危害。特别是在牵引负荷与波动性方面，具有负荷功率大、波

动性强的特点，这些危害表现得尤为突出。主要体现在以下方面:谐波会增加公

共电网中各元件的谐波耗损，从而降低用电、输电、发电设备的效率，过量三

次谐波还会导致线路过热从而引发火灾。谐波会影响各种电气设备进行正常工

作，对电机造成的影响除了产生附加耗损外，还会引起机械振动、噪声及过电

压，从而导致变压器局部过热。另外，谐波会对电容器、电缆等电力设备产生

过热、绝缘老化、寿命缩短的影响。谐波会使得公共电网中产生局部并联谐振

与串联谐振，使谐波放大，甚至引起严重的安全事故。

3、负序电流

负序电流的产生主要是由铁道牵引变电所在采用不同基本联接方式完成电

压等级变换而引起的，负序电流的产生，除了会导致无功功率之外，还会对整

个电力系统以及用户造成不可估量的后果。负序电流的产生，会降低变压器的

输出功率，使其不能发挥其高效的运转效率。负序电流的产生，会导致相关部

件的发热和震荡，从而危及到机器的安全及顺利运行。因为当发电机中有负序

电流流过，且各相的电流不超过额定值，那么就必须要降低发电机的出力，这

样才能确保发电机的正常运行。负序电流的产生，会导致电力网输电能力的降

低，因为当负序电流流过铁道牵引供电系统时，电力系统不仅不能发挥其功

效，而且还会造成电能的损失以及占据输电系统的最大容量，从而减少了输电

系统容量的利用率。此外，负序电流的产生，还能引起继电保护装置设备的一

些误动作，不仅降低电机的工作效率，而且还造成一定的安全隐患[1]。

三、解决方法

1、负序电流的解决对策

一是要采用大容量的电源。负序电流产生的影响主要是由于系统自身不能

承受巨大的不平衡电流导致的。采用高压，大容量的电源，既是要避免负序电

流的产生较为严重的影响，又是在提高系统自身的性能。另外一种方式就是变

压器的改善。我们可以通过使用单相、三相V/V结线，斯科特结线，平衡结线

变压器等多种形式的牵引变压器来实现负序电流的解决。负序电流的产生主要

还是因为三相不平衡造成的，当我们采用这些变压器的时候如果变压器两端的

负荷平衡，最终成功降低负序电流的产生。在利用这种方式消除负序电流的时

候，我们必须要注意两供电臂的状态对负序电流的影响：当两供电臂平衡时，

单相、三相V/V结线等牵引变压器负序功率为正常的百分之五十；斯科特结

线，平衡结线变压器负序功率为0。当两供电臂不平衡时，各结线形式的牵引

变压器负序功率均是百分之百。

2、采用相序轮换技术

相序轮换技术的主要原理是利用各相所承受的负载及功率因素来达到三相

电流的平衡状态，从而解决三相不平衡现象。因为接触网在铁道线路周围被划

分为许多供电区域，而每个区域又是由电力系统的三相来供电的，因此，当每

个区域供电的负载之和相等，并且其功率因素也相等时，那么电力系统的三相

电流就能够达到平衡的状态。尽管如此，在理想的情况下，这种方案是可行

的，但在实际情况中，由于各种因素的存在，这种方案实际上很难达到理论上

的成功，有时也可能会给列车的正常运行造成诸多的不便及负面影响，给列车

带来安全隐患。因此，相序轮换技术不能彻底的解决三相电流不平衡现象，该

技术的出现也只是暂时缓和三相电流不平衡带来的诸多负面影响[2]。

3、无功功率和谐波电流的对策

一是通过更新电车的性能，电车性能的好坏是谐波电流产生与否的重要影

响因素。目前，我国和谐号动车组8节、16节编组的功率分别是5500KW 和

11000KW。根据沿海铁路近年的运营情况看，其功率因数已高达0.98以上，即

避免了国家电网公司对功率因数的处罚，又提高了电气化铁路对电能的利用率，很好的解决了以往电车无功过高的问题。除尽量选择性能好的机电设备，