電氣化鐵路與電力系統(tǒng)的聯(lián)系和影響

　　這篇電力工程師論文發(fā)表了電氣化鐵路與電力系統(tǒng)的聯(lián)系和影響，電氣化鐵路是當(dāng)代最重要的一種鐵路類型，沿途設(shè)有大量電氣設(shè)備為電力機(jī)車提供持續(xù)的動(dòng)力能源。電力機(jī)車本身不帶有電能，所需電能由電力牽引供電系統(tǒng)提供。論文將電氣化鐵路接入電力系統(tǒng)后的影響做簡(jiǎn)要分析。

　　關(guān)鍵詞 電力工程師論文,電氣化鐵路;電力系統(tǒng);諧波

　　1 電氣化鐵路基本情況

　　1.1 電氣化鐵路的特點(diǎn)

　　牽引供電系統(tǒng)主要是由牽引變電所和接觸網(wǎng)(或供電軌)組成。變電所設(shè)在鐵道附近，它將從發(fā)電廠經(jīng)高壓輸電線或高壓輸電纜送過來的電流送到鐵路上空的接觸電網(wǎng)或鐵軌旁邊的供電軌道中，接觸網(wǎng)或供電軌則是向電力機(jī)車直接輸送電能的電氣設(shè)備，電力機(jī)車通過集電弓或?qū)щ娷囕啅慕佑|網(wǎng)或供電軌中獲得所需電能[1]。

　　1.2 電氣化鐵路與電力系統(tǒng)的聯(lián)系

　　電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)對(duì)供電電網(wǎng)來說，會(huì)使得電力系統(tǒng)負(fù)荷狀態(tài)非常高，在引起牽引網(wǎng)電壓波動(dòng)的同時(shí)，也使得供電系統(tǒng)電能質(zhì)量下降，如果不采取措施，還會(huì)導(dǎo)致機(jī)車動(dòng)力下降，直接導(dǎo)致電氣化鐵路運(yùn)行效率低下，從鐵路運(yùn)行和電力系統(tǒng)運(yùn)行的角度看，都會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失。

　　2 電氣化鐵路對(duì)于電力系統(tǒng)的影響

　　2.1 對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的影響

　　電氣化鐵路有著單相交流供電的特性，這種特性使得電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子都會(huì)發(fā)熱，增加損耗，引起機(jī)組的震動(dòng)，且轉(zhuǎn)子、定子又屬于電機(jī)的重要部件，如果在運(yùn)行時(shí)過熱就容易發(fā)生損壞或者其他故障，帶來很嚴(yán)重的后果[2]。

　　2.2 對(duì)輸電線路的影響

　　電氣化鐵路在行過程中，其產(chǎn)生的諧波是影響輸電線路最主要的因素。單相電流產(chǎn)生的諧波，如果頻率高，則會(huì)發(fā)生電力系統(tǒng)諧波共振，有的時(shí)候還甚至?xí)�放大諧波，很大程度上會(huì)增加諧波網(wǎng)損。負(fù)序電流同時(shí)也會(huì)對(duì)電力系輸電線路產(chǎn)生影響，其損害相對(duì)于諧波較小，因?yàn)槠湓诮?jīng)過電力線路時(shí)不會(huì)做功，只會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。

　　2.3 負(fù)序電流對(duì)電力系統(tǒng)的影響

　　電力系統(tǒng)中，負(fù)序電流會(huì)引發(fā)精密繼電保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)。而電力機(jī)車往往為是單相的大負(fù)荷，在一定的時(shí)間一定的路段，會(huì)使得電網(wǎng)三相不平衡且難以調(diào)節(jié)，產(chǎn)生較大的負(fù)序電流。在實(shí)際運(yùn)行中，由于電氣化鐵路負(fù)序電流超標(biāo)，常常導(dǎo)致附近小發(fā)電機(jī)組頻繁跳閘，不能就近并網(wǎng)。只有通過降低繼電保護(hù)裝置可靠性，同時(shí)增加復(fù)雜性，才能消除負(fù)序電流對(duì)電力系統(tǒng)的干擾。

　　2.4 諧波對(duì)電力系統(tǒng)的影響

　　通常電力機(jī)車生產(chǎn)運(yùn)行中，諧波含量是其非常重要的一個(gè)性能指標(biāo)。因?yàn)樵陔娏ο到y(tǒng)中，諧波電流對(duì)其運(yùn)行有非常大的影響。諧波會(huì)使無功補(bǔ)償電容器組發(fā)生諧振，破壞電容器。同時(shí)電氣化鐵路系統(tǒng)中，最主要的諧波源由是電力機(jī)車帶來的，這會(huì)讓電力系統(tǒng)就近的電壓產(chǎn)生很大的變化，這種電壓的變化還會(huì)對(duì)附近的通信線路產(chǎn)生影響。而且電力機(jī)車具有很低的基波功率，是電牽引系統(tǒng)的感性負(fù)載，而諧波出現(xiàn)的頻率越高，其總功率就越低。

　　2.5 對(duì)變壓器的影響

　　電氣化鐵路運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生諧波電流，而變壓器在諧波電流的作用下，損耗會(huì)增加，絕緣介質(zhì)在損耗增加、溫度升高時(shí)，老化速度變快，使得其絕緣性降低。如果諧波出現(xiàn)的概率不斷增加，再加上低壓配電柜內(nèi)，電纜導(dǎo)體截面積大，趨膚效應(yīng)越明顯，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體的交流電阻增大，使得低壓配電柜內(nèi)電纜允許通過的電流減少，降低了輸電效率。低壓配電柜存在諧波時(shí)，投入電容器后其端電壓增大，通過電容器的電流就增大，電容器損耗功率增加[3]。

　　3 減少電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)影響的措施

　　3.1 降低、限制負(fù)序電流

　　負(fù)序電流會(huì)造成電力系統(tǒng)較大波動(dòng)，所以為了減少單相負(fù)載的負(fù)序問題，從選擇設(shè)備的角度出發(fā)，可選用優(yōu)質(zhì)的阻抗匹配平衡變壓器或 SCOTT變壓器;從鐵路部門管理的角度出發(fā)，可以通過科學(xué)的調(diào)度，有計(jì)劃的安排列車車次，均勻平衡單相負(fù)載，從列車運(yùn)行的方面減輕負(fù)序電流;從電力系統(tǒng)方面，可以合理統(tǒng)籌安排引站的供電電源，這樣可以有效減少負(fù)序電流過于集中的現(xiàn)象，還可以通過增加主供電源和備用電源供電量，起到降低和限制負(fù)序電流的作用。

　　3.2 諧波防治措施

　　電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)造成較為嚴(yán)重的問題是由電氣化鐵路運(yùn)行是產(chǎn)生的諧波造成的。降低諧波對(duì)電力系統(tǒng)造成的損害，可以采取以下兩種方法：一是鐵路部門可以淘汰諧波含量過高的電力機(jī)車，購置技術(shù)更加先進(jìn)、諧波含量較低的機(jī)車，例如擁有更加科學(xué)和先進(jìn)PWM技術(shù)的機(jī)車，從源頭上降低諧波，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。二是通過外設(shè)裝備補(bǔ)償或者抑制諧波，減少諧波出現(xiàn)的頻率，當(dāng)前諧波造成的主要影響是諧波過大，通過補(bǔ)償或抑制諧波源產(chǎn)生的諧波，可以有效減小諧波，減少電氣化鐵路諧波源對(duì)負(fù)荷點(diǎn)或負(fù)荷部件的傷害[4]。

　　4 結(jié)束語

　　由此可見，電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)的影響不能忽視，同時(shí)由于電力機(jī)車相比內(nèi)燃機(jī)車有更強(qiáng)的運(yùn)力優(yōu)勢(shì)，相同規(guī)模下電氣化鐵路的運(yùn)輸能力遠(yuǎn)超過非電氣化鐵路，成為現(xiàn)代化鐵路的主流類型，所以電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)的影響同時(shí)也是我們不能回避的問題。電氣化鐵路負(fù)荷對(duì)電力系統(tǒng)的影響極其復(fù)雜，它不但與其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、容量大小有關(guān)，而且還與電力鐵路運(yùn)輸量、運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、運(yùn)行環(huán)境及當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)有很大的關(guān)系。因此有效的將電力系統(tǒng)受到電氣化鐵路的影響降到最低，需要從多個(gè)方面進(jìn)行綜合考量，包括電力系統(tǒng)的容量、結(jié)構(gòu)，鐵路的運(yùn)輸量、運(yùn)行方式等，根據(jù)每個(gè)地方電氣化鐵路和電網(wǎng)系統(tǒng)的具體情況，來采取具符合實(shí)際的處理方法，這樣才能將電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)的影響降到最低，有效提高電氣化鐵路的運(yùn)行效率和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 李雪峰.電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)影響的分析研究[J].通信電源技術(shù)，2015，32(4)：215-216，240.

　　[2] 林海雪，周勝軍.電氣化鐵路的諧波標(biāo)準(zhǔn)問題[J].中國(guó)電力，1999，32(9)：55-58.

　　[3] GB/T14549-93.電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1994.

　　[4] GB755-2000.旋轉(zhuǎn)電機(jī)定額和性能[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

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