电气化铁路对电力系统的影响分析

电气化铁路对电力系统的影响分析

摘要进入21世纪后，科学技术不断发展，我国的铁路也在朝着电气化方向飞速发展，电气化铁路的运营里程不断增加。从对电力系统的影响来看，电气化铁路具有很大的移动性和波动性，其负荷特点是大功率单相整流带冲击，正是由于具有这种特点，使得其在接入电网运行后，大量的三相不平衡产生的负序电流和谐波在电力系统中产生，对该接入处的电力系统运行的稳定性、可靠性产生很大的影响，严重时将威胁电力系统的正常运行，造成经济损失。此文将电气化铁路接入电力系统后的影响做简要分析。

关键词电气化铁路；电力系统；谐波

1 电气化铁路基本情况

1.1 电气化铁路的特点

电气化铁路是当代最重要的一种铁路类型，沿途设有大量电气设备为电力机车提供持续的动力能源。电力机车本身不带有电能，所需电能由电力牵引供电系统提供。牵引供电系统主要是由牵引变电所和接触网（或供电轨）组成。变电所设在铁道附近，它将从发电厂经高压输电线或高压输电缆送过来的电流送到铁路上空的接触电网或铁轨旁边的供电轨道中，接触网或供电轨则是向电力机车直接输送电能的电气设备，电力机车通过集电弓或导电车轮从接触网或供电轨中获得所需电能[1]。

1.2 电气化铁路与电力系统的联系

电气化铁路牵引供电系统对供电电网来说，会使得电力系统负荷状态非常高，在引起牵引网电压波动的同时，也使得供电系统电能质量下降，如果不采取措施，还会导致机车动力下降，直接导致电气化铁路运行效率低下，从铁路运行和电力系统运行的角度看，都会造成经济损失。

2 电气化铁路对于电力系统的影响

2.1 对旋转电机的影响

电气化铁路有着单相交流供电的特性，这种特性使得电机的转子、定子都会发热，增加损耗，引起机组的震动，且转子、定子又属于电机的重要部件，如果在运行时过热就容易发生损壞或者其他故障，带来很严重的后果[2]。

2.2 对输电线路的影响

电气化铁路在行过程中，其产生的谐波是影响输电线路最主要的因素。单相电流产生的谐波，如果频率高，则会发生电力系统谐波共振，有的时候还甚至会

放大谐波，很大程度上会增加谐波网损。负序电流同时也会对电力系输电线路产生影响，其损害相对于谐波较小，因为其在经过电力线路时不会做功，只会对电力系统正常运行产生影响。

2.3 负序电流对电力系统的影响

电力系统中，负序电流会引发精密继电保护设备误动。而电力机车往往为是单相的大负荷，在一定的时间一定的路段，会使得电网三相不平衡且难以调节，产生较大的负序电流。在实际运行中，由于电气化铁路负序电流超标，常常导致附近小发电机组频繁跳闸，不能就近并网。只有通过降低继电保护装置可靠性，同时增加复杂性，才能消除负序电流对电力系统的干扰。

2.4 谐波对电力系统的影响

通常电力机车生产运行中，谐波含量是其非常重要的一个性能指标。因为在电力系统中，谐波电流对其运行有非常大的影响。谐波会使无功补偿电容器组发生谐振，破坏电容器。同时电气化铁路系统中，最主要的谐波源由是电力机车带来的，这会让电力系统就近的电压产生很大的变化，这种电压的变化还会对附近的通信线路产生影响。而且电力机车具有很低的基波功率，是电牵引系统的感性负载，而谐波出现的频率越高，其总功率就越低。

2.5 对变压器的影响

电气化铁路运行会产生谐波电流，而变压器在谐波电流的作用下，损耗会增加，绝缘介质在损耗增加、温度升高时，老化速度变快，使得其绝缘性降低。如果谐波出现的概率不断增加，再加上低压配电柜内，电缆导体截面积大，趋肤效应越明显，会导致导体的交流电阻增大，使得低压配电柜内电缆允许通过的电流减少，降低了输电效率。低压配电柜存在谐波时，投入电容器后其端电压增大，通过电容器的电流就增大，电容器损耗功率增加[3]。

3 减少电气化铁路对电力系统影响的措施

3.1 降低、限制负序电流

负序电流会造成电力系统较大波动，所以为了减少单相负载的负序问题，从选择设备的角度出发，可选用优质的阻抗匹配平衡变压器或SCOTT变压器；从铁路部门管理的角度出发，可以通过科学的调度，有计划的安排列车车次，均匀平衡单相负载，从列车运行的方面减轻负序电流；从电力系统方面，可以合理统筹安排引站的供电电源，这样可以有效减少负序电流过于集中的现象，还可以通过增加主供电源和备用电源供电量，起到降低和限制负序电流的作用。

3.2 谐波防治措施

电气化铁路对电力系统造成较为严重的问题是由电气化铁路运行是产生的

谐波造成的。降低谐波对电力系统造成的损害，可以采取以下两种方法：一是铁路部门可以淘汰谐波含量过高的电力机车，购置技术更加先进、谐波含量较低的机车，例如拥有更加科学和先进PWM技术的机车，从源头上降低谐波，提高电力系统稳定性。二是通过外设装备补偿或者抑制谐波，减少谐波出现的频率，当前谐波造成的主要影响是谐波过大，通过补偿或抑制谐波源产生的谐波，可以有效减小谐波，减少电气化铁路谐波源对负荷点或负荷部件的伤害[4]。

4 结束语

由此可见，电气化铁路对电力系统的影响不能忽视，同时由于电力机车相比内燃机车有更强的运力优势，相同规模下电气化铁路的运输能力远超过非电气化铁路，成为现代化铁路的主流类型，所以电气化铁路对电力系统的影响同时也是我们不能回避的问题。电气化铁路负荷对电力系统的影响极其复杂，它不但与其复杂的结构、容量大小有关，而且还与电力铁路运输量、运行时长、运行环境及当地电力系统有很大的关系。因此有效的将电力系统受到电气化铁路的影响降到最低，需要从多个方面进行综合考量，包括电力系统的容量、结构，铁路的运输量、运行方式等，根据每个地方电气化铁路和电网系统的具体情况，来采取具符合实际的处理方法，这样才能将电气化铁路对电力系统的影响降到最低，有效提高电气化铁路的运行效率和电力系统的稳定性。

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，2015，32（4）：215-216，240.

[2] 林海雪，周胜军.电气化铁路的谐波标准问题[J].中国电力，1999，32（9）：55-58.

[3] GB/T14549-93.电能质量公用电网谐波[S].北京：中国标准出版社，1994.

[4] GB755-2000.旋转电机定额和性能[S].北京：中国标准出版社，2000.