高速电气化铁路对电力系统的影响

高速电气化铁路对电力系统的影响
发表时间：2017-10-23T18:04:51.973Z 来源：《电力设备》2017年第15期作者：李小月[导读] 文章将针对电气化铁路的供电方式进行介绍，以及其接入大电网后，如何影响电力系统的运行，并对此提出建议和改进措。

（国网河南省电力公司淇县供电公司河南鹤壁 456750）摘要：近年来，我国铁路事业发展迅速。

随着科学技术的不断发展和进步，全世界电气化铁路也在飞速的发展，营业里程每年都在增加。

电气化铁路的电力机车特点是具有极大的波动性和移动性，其负荷特点是大功率单相整流带冲击，在接入大电网后运行，大量的负序分量和谐波在电力系统中产生，影响电网接入点的稳定性和可靠性，如不采取措施加以治理，将严重威胁电力系统的安全和经济运行。

文
章将针对电气化铁路的供电方式进行介绍，以及其接入大电网后，如何影响电力系统的运行，并对此提出建议和改进措。

关键词：高速电气化铁路；电力系统；影响引言
近年来，随着科学技术的发展和新型材料的应用，我国电气化铁路得到空前发展，为我国铁路运输业提供了巨大的推动力。

但是，在电气化铁路系统日渐完善的同时，其对电力系统的影响也更加明显，由于电气化铁路系统中，电力机车带有冲击性负荷，如果将其接入电网，必然会在电力系统中产生巨大的谐波电流，如果并未实施科学且合理的治理措施，必然会严重威胁电力系统运行的安全性和平稳性。

一、电气化铁路概述
电气化铁路的电网长期存在的谐波含量高、功率因数低和负序等问题，也严重影响了电气化铁路的发展，电气化铁路就是电化铁路，是由电力机车或动车组这两种铁路列车（即通称的火车）为主，所行走的铁路。

电气化铁路的牵引动力是电力机车，机车本身不带能源，所需能源由电力牵引供电系统提供。

牵引供电系统主要是指牵引变电所和接触网两大部分。

变电所设在铁道附近，它将从发电厂经高压输电线送来的电流，送到铁路上空的接触网上。

接触网是向电力机车直接输送电能的设备。

和传统的蒸汽机车或柴油机车牵引列车运行的铁路不同，电气化铁路是指从外部电源和牵引供电系统获得电能，通过电力机车牵引列车运行的铁路。

它包括电力机车、机务设施、牵引供电系统、各种电力装置以及相应的铁路通信、信号等设备。

二、电气化铁路供电系统电气化铁路相较于传统铁路，其带动列车运行的电力机车缺乏自带能源，电能供给主要依靠牵引供电系统，该系统主要包括接触网和牵引变电站，前者主要采取的供电方式包括：吸流变压器供电方式、带回流线的直接供电方式和自耦变压器供电方式等。

现阶段，在我国普速电气化铁路中，带回流线的直接供电方式较为常见，而自耦变压器供电方式则多应用于诸如客运专线等高速电气化铁路中；牵引变电站的建设主要集中在铁路沿线，根据铁路的电气化区段，充分考虑接触网供电性能和牵引负荷等情况，在铁路沿线设置多个牵引站，每两个牵引站之间的距离固定。

并且在具体供电过程中采取双线双变的供电方式，具体分成两路供电，二者互为热备用，并且每个牵引变电站拥有两个供电臂，如果有一个变电站出现供电故障，则通过接触网网臂在相邻变电站的作用下完成供电，此时会对行车密度以及速度产生影响，但不会导致停运，如进行合理调度，必然会减少不良影响。

三、电气化铁路对于电力系统的影响（一）对旋转电机的影响电气化铁路的单相交流供电容易对旋转电机的转子和定子产生不良影响。

旋转电机的转子和定子都是旋转电机的敏感部位，容易因局部过热产生损坏或故障。

对汽轮发电机而言，转子的谐波和负序温升相对于定子较大，存在着突出高温部位，容易过热受损。

而对于异步电动机而言，定子绕组在谐波和负序电流的影响下温升受到影响，也容易发生过热烧毁。

（二）对电力变压器的影响电气化铁路产生的谐波电流，在电气系统中的变压器绕组，可能会产生较大的附加损耗，在该损耗的过程中，因为损耗相当大，还会加大引起外壳或内层部分紧固件的发热，容易导致电力变压器局部过热，从而造成变压器的老化加速，对使用寿命造成不利影响。

此外，负序电流还会造成三相电流的电力系统的电流不对称，导致电力变压器的容积利用率不足，未达到额定容积。

（三）对输电线路的影响电气化铁路对于电力系统中输电线路的影响主要是来自谐波的影响，单相电流导致的较大谐波会发生系统谐波共振，甚至放大谐波，极大增加谐波网损，可达到相当大的程度。

负序电流也会对输电线路产生影响，但损害相对较小，其在流过电力线路时并不作功，但会降低电力线路的输送能力。

四、抑制措施
（一）主动治理措施
在进行设计时，将牵引网容量增加，从而根据电力系统的电能质量的标准，使其对用户和系统的影响尽量减小；换相接入牵引变电所的进线，可使因牵引网单相供电产生的负序显著减少；牵引变压器应尽量选择平衡接线变压器，因为其对三相不平衡影响最小；采用交直交型电力机车，可使功率因数接近1，而且机车谐波含量明显减少，但负序的影响不能消除；为减少负序，采用平衡牵引变压器。

（二）抑制电铁谐波
（1）使变流器多脉冲化，一方面可以使谐波的次数减少，另一方面也使谐波含量也大大减少，进而能够大幅减少流入系统的谐波电流。

（2）借助整流变压器绕组移项来抑制高次谐波。

（3）保证铁路生产、生活用电与电铁供电严格分开，电铁牵引变专线用电。

（4）在电力机车上安装3、5、7次滤波装置和有源滤波器。

在电铁牵引两个供电臂均安装滤波器，同时调节两个供电臂中的有功电流，从轻载相到重载相转移部分有功电流，保证两供电臂负载平衡。

（三）降低和限制负序电流
根据上述计算结果，可以采取以下措施：①能够合理安排线路上的列车运行，促使负载能够近似均衡分布在电铁沿线。

②在牵引变电站高压侧接入系统中采用换相连接。

但此方法会造成电网中负序电流波动。

同时由于必须在电网中使用电分相，既影响电力机车的提速，又降低供电的可靠性。

③使用专用的高对称效应变压器，促使变电所三相负载均衡。

④对牵引站供电电源作合理安排，使每一个保证有主供电电源和备用电源，进而避免牵引站产生的负序电流过于集中。

⑤采用对称补偿技术。

（四）安装有源电力滤波器（APF）
有源电力滤波器相比于无源滤波器，动态响应快、对各次谐波能很好的治理。

电气化铁路有较高的牵引网电压等级，直接接入有源电力滤波器较难，因此选择接入降压变压器，其选用单相接入混合型结构应用于主电路拓扑，从而使有源逆变器的容量减小。

结束语
综上所述，目前我国高速电气化铁路采用的牵引制式是国际上较为先进的单相工频交流牵引方式。

单相牵引负荷是一种不对称负荷，接入电力系统运行时容易产生对称的负序电流和电压分量，其负序功率较大，负序电流会给电力系统运行带来很多不利的影响，如会使得电机的定子绕组过热，较大的负序分量会使得电力系统的继电保护装置动作从而切断电源造成损失。

参考文献：
[1] 李雪峰.电气化铁路对电力系统影响的分析研究[J].通信电源技术，2015，（04）：215-216+240.
[2] 谷月.电气化铁路对电力系统的影响与分析[J].科技创新与应用，2015，（07）：111.。