分析电气化铁路供电系统

分析电气化铁路供电系统

【摘要】本文从电气化铁路的开展动手，对电气化铁路的牵引供电原理、牵引变电站及接触网、其对电力系统的影响进行了讨论，提呈现阶段国内外应采取的措施，文章具有一定的指导意义。

自1879年世界第一条电气化铁路在德国柏林建成以来，电气化铁路开展疾速。1961，年我国第一条电气化铁路宝成线的宝鸡至凤州段建成，电气化铁路开展五十多年。随着大批客运专线、煤运通道、城际铁路等项目的开工，现代铁路对电气化的请求越来越高，估计到2020年，中国铁路电气化率可达60%。电气化铁路有着俭省能源、运输功率大、运输成本低、车辆周转快、维修成本低、以及耗能少污染少等多方面的优点，同时，也存在挪动性和动摇性大、负序及谐波电流影响电能质量招致三相电压不均衡、波形畸变及电压闪变等问题需求处理。

1.电气化铁路概述

1.1 电气化铁路牵引供电原理

与传统铁路不同，电气化铁路运转的动力不是自带能源机车，而需牵引供电系统送电以提供动力。铁路沿线有若干个牵引变电站，经降压器降压至27.5kV，再经过牵引网向电力机车供电，牵引变电站采用双线双变供电以保证供电的牢靠性，两路供电互为热备用。机车普通为25kV单相工频交流电压，行驶在架空接触导线与钢轨之间。电气化铁路的牵引变压器普通为单相，从电网两相受电。牵引供电系统一次侧包括牵引变电站及接触网。每个牵引变电站有两个供电臂，当牵引变电站停电时，两接触网臂便可经倒闸由相邻两牵引变电站供电。

1.2 牵引变电所

牵引变电所是牵引供电系统的心脏，是电气化铁路的中心。牵引变电所的主要任务是将由电力系统接入的三相高压电变为可供电力机车运用的单相交流电。

普通来说，牵引变电所内设备分为一次和二次设备，其中一次设备主要功用为完成电能的保送、变换、分配等，包括接触高压电气设备如母线、避雷器、互感器等;二次设备则请求智能化与集成化，构成牵引变电所系统，为变电所的远动控制提供可能。牵引变电所接入国网侧为220kv或入110kv的三相交流电，将其转变为源将27.5kv的单相交流电电气列车运用。除此而外，牵引变电所还起着控制电气设备、进步供电质量、以及降低电力牵引负荷对电网影响的作用。同时，为保证牵引供电所牢靠供电，牵引供电系统均采用“双备份”形式经过切换设备互为备用。

1.3 接触网

接触网是电气化铁路的动脉，是牵引供电系统主要的供电设备。我国电气化铁路接触网额定电压为25kV，牵引变电站内变压器二次侧为27.5kV或55kV。电气化铁路接触网常用的供电方式有直接供电方式、带回流线直接供电方式、吸流变压器供电方式( 即BT供电方式) 以及自耦变压器供电方式(即AT供电方式)几种，其中BT制电压为27.5kV，AT制电压为55kV。我国传统电气化铁路主要采用BT供电，目前普速电气化铁路的主要供电方式为带回流线式直接供电，而由于AT制供电臂较长的缘由，客运专线等高速电气化铁路均采用AT供电方式。接触网属露天设备，不只遭到外界环境的影响，还会遭到机车行走带来的动力，再加之接触网没有备用设置，所以其工作环境非常恶劣，因而，必需保证接触网有耐用的构造。

2.电气化铁路对电网的影响

2.1 对旋转电机的影响

发电机转子为电机的敏感部件，主要缘由是转子的谐波和负序温升都大于定子，存在着部分突出的高温部位，在国内，就有过由于向电气化铁路供电的发电机转子部分过热而招致事故。同时，假如有负序电流流过发电机时，会随同产生负序旋转磁场，进而产生负序同步转矩，招致发电机产生附加振动。谐波也是惹起发电机振动并发出噪声的缘由，若发电机长时间的振动，则会惹起金属疲倦以及机械损坏。关于电气间隔远离电源却与牵引变电所相邻的异步电动机而言，其敏感部件为定子绕组。电动机中会产生一个反向的旋转磁场，对电动机转子而言，该反向磁场起制动作用，影响转子的出力。

2.2 对电力变压器的影响

谐波电流会在变压器绕组中产生相当大的附加损耗。除此之外，谐波还会惹起变压器外壳、外层硅钢片以及某些紧固件发热，并招致部分过热，很大水平地加速变压器的老化，影响其运用寿命。同时，负序电流形成三相电流不对称，会招致变压器的额定出力减少，降低变压器的容量应用率。

2.3 对输电线路的影响

谐波使电力系统网损增大，假如发作了系统谐振或谐波放大，谐波产生的网损可能会十分大。当负序电流流过输电线路时，并不会做功，但是会降低电力输电线路的输电送电才能。

2.4 对继电维护和自动安装的影响

谐波会对负序或基波量产生干扰，如对以负序滤波器为启动元件的维护安装产生干扰。由于该类维护安装按负序或基波量进行整定，动作值小、灵活度高。但当谐波存在时，会惹起以下几类维护安装的误动：

(1)发电机的负序电流维护误动;

(2)母线差动维护负序电压闭锁元件误动;

(3)输电线路相差高频维护误动;

(4)惹起自动毛病录波安装负序启动元件误动，发作无毛病记载，糜费记载胶卷。

2.5 其他影响

谐波注入电力系统后，假如发作了系统谐振或谐波放大，会形成过压、过流、过负荷或过热，这都有可能对电容器以及串联电抗器形成损坏，进而使得无功补偿安装无法正常投入运转。

3.应对措施及倡议

3.1 国外进步电能质量的措施

世界各国对减小电铁对电网的影响、改善电能质量都非常注重。日本为减少对电力系统的影响，花了很高的代价研制设备来处理电能质量的问题。德国经过自建电网完成同相供电，满足高速铁路自身的电能质量请求，对电力系统的影响很小，但成本很高。法国经过接入强大的外部电源来处理电能质量问题。 3.2 我国电铁路系统应采取的措施

自创国内外电气化铁路牵引供电的经历，对电气化铁路产生的谐波和负序重量必需采取相应的应对措施，主要包括优化牵引供电方式和应用无功补偿安装两类。

(1)优化牵引供电方式

除了接入系统时采用“双备份”形式外，铁路部门还应将牵引系统接入强大的外部电源，以充沛应用外部电网的电能质

量接受才能，减少电铁对系统及用户的不利影响。若电铁的负序电流发作暂时性或过渡性的增大，电网侧可采取暂时方式，如暂时投入或退出某些线路、变压器，改动系统中负序电流的分配。电网侧应在外部电源的变电站处装设电铁的线路维护安装，这类维护可应用负序和零序电流为启动元件，并针对电气化铁路的特性，将快速复归功用应用于间隔维护的振荡闭锁，当有冲击负荷时，可使维护安装疾速复归，不进入振荡状态，防止间隔维护失去快速维护作用的可能性。

(2)应用无功补偿安装

电气化铁路牵引变电站的无功需求动摇较大，当无机车经过时，电铁会向电网反送无功。因而，电气化铁路的无功应该实行动态补偿，与此同时，应将无功补偿调和波管理分离起来。目前，能够运用的无功补偿安装主要有以下几类：单相固定补偿兼滤波安装、单相自动跟踪补偿兼滤波安装、三相动态无功补偿兼滤波安装( 三相SVC) 或静止无功发作安装( SVG) 等。

4.结语

电气化铁路作为电力系统的用电大户，是至关重要的用电需求增长点。同时，电力系统也是保证电气化铁路运输牢靠性、安全性、和经济性强大后台。固然管理负序电流及谐波需求投入大量的成本，但减少及防止电气化铁路对系统的不利影响，进步电能质量是电气化铁路与电网用户的共同目的，合理的成本投入才干得到长期的效益及共赢。

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