电气化铁路电能质量实测分析

（2）负荷端口的系统三相短路容量尽可 能地大。
由此可见，维持良好的供电电压水平， 取决于供电部门和电力用户双方的共同努 力。
我国边远地区电气化铁路目前面临的问题 是电网短路容量偏小，供电能力较弱。
电网短路容量偏小意味着系统发电容量偏 小或电源距负荷中心偏远。
国外专家通常认为，电网公共连接点短路 容量不足用户容量的30倍时，可以视其为小 电网，小电网常见的电能质量问题之一就是 供电电压偏差较大。
叠加法则系数几种取值情况


情<∞况时一式：（2若）满成足立M，a表x{示Uh谐i,i波=1电,2压,··叠·,n加} 后<U增h大，。则
满
足
0<
情况二：若满足Uh<Min{Uhi ,i=1,ห้องสมุดไป่ตู้,···,n}，则满足 <0
时式（2）成立，表示谐波电压叠加后相互抵消，合成分
量减小。
情况三：若满足
差异系数k hj由以下条件决定：相关设备类型、
谐波次数和相关设备额定容量于公共连接点短 路容量之比。
第二种叠加法则
U h
U

hi
(2)
i
第二种叠加法则指数
谐波次数

h<5
1
5≤h≤10
1.4
h>10
2
注：已知各次谐波大体同相位时（即相角差<90º），那么对于5次及以上的
谐波取 ＝1
情况三
0.99 0.56 0.95 0.50 0.94 0.48 0.87 0.48 0.81 0.43 0.73 0.41 0.66 0.43 0.54 0.41 0.50 0.39 0.49
统计结果分析
奇次谐波与偶次谐波叠加规律不同。 情况二和情况三的概率较高，而指导性文件中叠加法则系
数未充分考虑这两种情况。
1.2
1.6
0.8
IEC61000-3-6
提出了决定大型畸变负荷（产生谐波和/或谐间波）
接入公用电力系统所依据的一些基本原则
目的在于为工程实践提供指导 保证对所有接入系统的用户都有合适的供电质量
兼容水平是用来协调供电网络设备或由供电网络
供电的设备发射和抗扰度的参考值，以保证整个 系统（包括网络及所连设备）的电磁兼容性。
的+7%、-10%。
计算电压偏差
U ' U 100 UN
ST sin (%)
10 Sk 式中，Sk为负荷端口的系统三相短路容量， MVA；ST为负荷三相变压器容量，kVA； 负荷功率因数角。
上式表明，可以通过以下两条途径， 来保证供电电压偏差满足国家标准要求：
（1）电网中传输的无功功率尽可能小；
GB/T15543-2008《三相电压不平衡》
由电压不平衡度换算为负序电流值，标准中推荐
的近似公式
u

3I 2U 10SSC
(%)
式中：
I2 ——负荷电流的负序分量/A； U ——线电压/kV；
SSC——公共连接点的短路容量/MVA。
电气化铁道测量实例
图 某牵引变电所三相相电压曲线
电气化铁道测量实例
9
1.2
1
11
3
1.5
15
0.3
0.3
13
2.5
1.5
21
0.2
0.2
17
1.6
1
＞21
0.2
0.2
19
1.2
1
--
--
--
23
1.2
0.7
--
--
--
25
1.2
0.7
--
--
--
＞25
0.2＋ 0.5×(25/
h)
0.2＋ 0.5×(25/h)
--
--
--
谐波 次数
偶次谐波 谐波电压/％
MV HV-EHV
大型冲击负荷因短时从近区发电机大量吸收有
功功率，会造成局部电网短时频率波动 。
GB/T15945《电力系统频率允许偏差》
基本条款 电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz。 当系统容量较小时，频率偏差值可以放宽到
±0.5Hz。
制定依据 保证电力系统，发电厂和用户的安全和正常运
行
相关国标和规范的规定 相关国际标准规定（±0.5Hz 甚至±0.1Hz ） 各个电网的实际情况有所差别
用户发送谐波电压的允许值为：
（3）
考虑高压系统负荷之间的同时系数FHV的影响，用户发
送谐波电压的允许值为：
EUhi
LhHV
Si St
1 FHV
（4）
第一种叠加法则
使用差异系数k hj的简单线性法则 ：
式中 U h0 为电网中h次背景谐波电压
U hj 为第j个负荷产生的h次谐波电压
泸沽牵引变电所110kV母线最小短路容量为 600MVA左右。尽管该所负荷远远小于洛阳东牵 引变电所，但从测试结果看，该所110kV母线三 相电压不平衡度远远高于洛东变电所。
5.4 公用电网谐波
国际标准 IEC61000-3-6 G5/4（G5/3） IEEE STD519-1992（IEEE STD519-1982）
情况一
0.01 0.39 0.04 0.44 0.05 0.46 0.11 0.47 0.17 0.52 0.23 0.53 0.30 0.52 0.40 0.54 0.44 0.55 0.45
情况二
0.00 0.05 0.01 0.06 0.01 0.06 0.02 0.05 0.02 0.05 0.04 0.06 0.04 0.05 0.06 0.05 0.06 0.06 0.06
田林
平林
系统最小短路容量（MVA）
195.64
211.8
110kV母线空载电压Uab(kV)
110kV母线负荷下最低电压 Uab(kV)
正负偏差的绝对值之和(%)
120.74 93.62 24.65
121.87 96.889 22.71
27.5kV母线空载电压Ua(kV)
供电臂最低电压（标准值 27.5）（kV） 接触网末端电压(kV)
GB/T15945《电力系统频率偏差》
附加条款 冲击负荷引起的系统频率变动一般不得超过
±0.2Hz
测量仪表 频率测量仪表绝对误差不大于±0.01Hz
电气化铁路牵引供电频率基本能够达到国标规定。
电网频率实测案例：图为成(都)-达(州)铁路大英牵引变 电所110kV电网频率实测结果，其偏差远小于0.2Hz，
5.2 供电电压偏差
GB/T12325-2008《供电电压偏差》基本条款
35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和
不超过标称电压的10%。如供电电压上下偏差 同号时，按较大的偏差绝对值为衡量依据。
20kV及以下三相供电电压允许偏差为标称电压
的±7％。
220V单相用户的供电电压允许偏差为标称电压
电气化铁路测量实例
图5-2 某牵引变电所三相相电压曲线
某牵引变电所110kV电压偏差计算结果
相别 平均值（kV） 最大值（kV） 最小值（kV） 偏差范围（%） 国标合格概率（%）
A
B
C
67.9881
67.0458
67.7973
69.4198
68.9933
69.1917
65.1096
64.4375
规划水平是在规划时评估所有用户负荷对供电系
统的影响所用水平。
发射水平是针对用户的。
表5-5 中压（MV）、高压（HV）和超 高压（EHV）系统中谐波电压规划水平
奇次谐波（非3倍数）
谐波 次数
谐波电压/％
奇次谐波（3倍数）
谐波 次数
谐波电压/％
MV
HV-EHV
MV HV-EHV
5
5
2
3
4
2
7
4
2
2
1.6
1.5
4
1
1
6
0.5
0.5
8
0.4
0.4
10
0.4
0.4
12
0.2
0.2
＞12
0.2
0.2
--
--
--
--
--
--
规划水平分配方法
由于用户协议容量通常是与其承担的电力系统投资份
额相一致，所以根据用户协议容量Si和用户接入系统 的公共连接点处修正的网络总可用功率St之比分配发 送限值是合理的。
改善电压水平的措施
为保证电网具有良好的电压水平，电网 公司除进行全局无功优化调整外，还要 求大宗电力用户对无功做到“就地补 偿”，使用户月平均功率因数达到0.90 以上，并对用户实行奖惩制度。
提高牵引变电所功率因数的主要方法是 在27.5kV侧设置并联电容补偿装置。目 前我国铁道电气化铁路较多采用固定补 偿方式。
电气化铁路电能质量 及其综合控制技术
西南交通大学 电气工程学院
5 电气化铁路电能质量实测分析
直接接入高压系统
一般电气化铁道牵引供电系统接入110kV电网
新建客运专线均拟直接接入220kV电网 不对称性
主要由牵引变压器接线方式决定
除纯单相接线外，都是两相（异相）供电 非线性
交直型电力机车功率因数低、谐波含量大
图 某牵引变电所电压不平衡度曲线
该牵引变电所三相电压不平衡度95%概率大值为
1.72%，没有超过国标规定的2%的限值。
测试实例：测试期间，洛阳东牵引变电所110kV电压 不平衡度最大值为 2.33%，95% 概率值为1.30%，符 合国标要求, 说明河南电网比较强大。
另一案例，成－昆铁路 泸沽牵引变电所，装接 容量为220MVA，日通 过能力为22对车／天。 西昌电网为小电网，西 昌220kV变电所供电设备 容量180MVA；110kV公 共连接点最小短路容量 为613MVA；