电气化铁路牵引负荷对电网电能质量的影响

电气化铁路牵引负荷对电网电能质量的影响
作者：于希军王鹏举武丙顺
来源：《中国新通信》 2018年第21期
【摘要】电气化铁路牵引负荷在接入电网后，给电网带来一定负面影响，让电网的电能质量出现明显的问题。

基于此，本文首先分析了电气化铁路牵引负荷带来的影响，然后提出了在
电气化铁路中，对于牵引负荷的治理措施。

【关键词】电气化铁路牵引负荷电能质量影响分析治理措施
引言：电气化铁路负荷接入电网所带来的影响日益明显，若不加以治理，将会影响到电力
系统以及电力用户。

我国已经运行的牵引变电站中，已经出现了由于变电站谐波和负序带来了
发电机故障、电容器故障以及继电保护误动作的情况。

因此，电气化铁路负荷一旦大量接入必
然影响电网安全，必须要对牵引负荷的而影响展开分析。

一、电气化铁路牵引负荷的影响
1、谐波。

现有的直交流型电力机车是属于单相整流的非线性负荷，形成的是3 次、5 次
以及7 次主要谐波电流，其中 3 次谐波电流最大，在严重的时候能够达到20% 以上额定电流。

也就是在电力机车运行过程中注入谐波电流，将会造成公共连接点出现电压畸变。

牵引负荷所
产生的谐波电流注入电网，一旦电网出现短路受到较大阻抗的时候，一定会引起PCC 点上谐波
电压出现超标的情况。

2、负序。

牵引负荷是一种大功率的单相负荷，电网则是三相的，在单相负荷以及三相电源键存在电气结构差异，也决定着牵引站中拓扑结构在三相上的不对称性。

交直流型机车以及交
直交流型机车，在运行过程中都难以避免形成负序电流，形成系统电压出现三相不平衡。

根据
测试统计结果，电力机车在运行的过程中，电网注入一定负序电流大约占据了47% 正序电流，
将会引起PCC 点出现三相不平衡，在部分站点中会出现三相不平衡的严重超标。

如京沪铁路的
沿线牵引站注入了超量的负序电流，但是引起的PCC 点三相电压在不平衡程度上达到了95%。

3、对电能质量的影响。

在电气化铁路负荷中接入电网后，对电能质量进行评价，电气化铁路负荷带来的电能质量问题主要体现在谐波和负序上，从而对电力系统以及电力用户产生影响：（1）将会引发发电机损耗和振动，让发电机在容量上的利用率有所降低，对发电机的安全运行产生危害。

（2）将会引发电容器出现局部放电，让电容器的介质出现老化，造成系统发生谐振，造成电容无法被投运。

（3）将会引发继电保护以及自动控制装置出现误动作，影响到电网的安全运行。

（4）让变压器利用率有所下降，让电网线路受到损耗。

（5）将会引发电力系统中原
本直流设备出现不相等的脉冲间隔，影响到整流器稳定性。

（6）导致逆变器无法连续换相，无法进行正常工作，甚至造成换相设备损坏。

（7）影响到计量设备精度，造成半导体变流设备形成附加谐波电流。

二、对于牵引负荷的治理措施
1、普通电气化铁路方面。

对普通电气化铁路中，是以110kV 作为电网主要供电，要想最
大程度上控制负序电流，需要使用平衡变压器供电，同时在接入系统之后对电能质量的评估需
要使用无功补偿的装置技术。

例如：在牵引变电站中，存在谐波以及电压波动出现超标的情况，要使用单相SVC 治理，治理措施包含晶闸管投切滤波器以及控制电抗器以及磁控电抗器等等。

对于谐波、电压波动以及负序超标情况中，使用三相SVC 展开治理，可以采用电臂侧以及系统侧的安装方式。

2、高速铁路方面。

在高速铁路中，使用了交- 直- 交流型的电气机车，机车所产生的功率因数比较高，谐波比较小[1]。

由于电气机车的牵引功率比较大，在牵引站的负荷也比较大，处于这些方面的考虑，需要给高速公路接入220kV的电网，需要优先使用牵引供电方式，这样能够从根本上缓解负序带来的影响。

在接入110kV 电网之后，可以对高速铁路牵引站加以普通电气化铁路治理措施进行治理。

例如：在电力系统具有能够轮流换相的条件的时候，铁道部门需要使用轮流换相的方式接入到系统中，同时根据接入系统之后对电能质量的评估结果，使用必要无功补偿装置相关技术展开治理。

若系统并不具备轮流换相条件的时候，需要使用平衡变压器或者接线方式等技术展开治理。

3、磁悬浮交通方面。

由于磁悬浮交通是三相的对称负荷，符合特性和脉冲整流器类似，对电力系统能够产生一定的影响，主要是高次谐波，如5 次、7 次、11 次一级13 次谐波。

还有就是在运行的过程中，会由于负荷发生变化，造成无功冲击的出现。

建议使用谐波滤波器以及无功功率补偿装置的技术展开治理工作。

三、结论
综上所述，本文先是分析了电气化铁路牵引负荷的影响，牵引负荷产生的谐波和负序都对电能质量存在一定影响，造成发电机、电容器、继电保护以及变压器出现故障，危害到电网安全。

然后提出了对于牵引负荷的治理措施，在普通电气化铁路方面，使用单相SVC 和三相SVC 对谐波、电压波动以及负序超标的情况展开治理；在高速铁路方面，使用轮流换相的方式接入到系统；在磁悬浮交通方面，使用谐波滤波器等进行治理。

参考文献[1] 纪麟凡. 浅析电气化铁路负荷对电网电能质量的影响及其治理措施[J]. 科技风,2018(04):153-154.。