电气化铁路对电网电能质量的影响以及干扰防范措施
牵引变电所运行电能质量分析
牵引变电所运行电能质量分析牵引变电所运行电能质量分析摘要:随近年来着我国电气化铁道的迅速发展，由电力牵引引起的电能质量问题越来越引起人们的关注。
电力牵引是指在电气化铁路上行驶的电力机车，它是单项大功率非线性负荷。
相对于电力系统其它负荷，电力机车由于存在功率大、分布广、冲击力强、三相不对称等特性，因此在其沿铁路移动用电过程中必然会有较大的负序电流和高次谐波注入电网，从而影响电网电能质量。
本文主要分析电力牵引负荷产生负序电流和高次谐波的规律，并提出对应的治理措施，这对于保证电力系统正常运行和提高铁路部门的经济效益都有十分重要的意义。
关键词：牵引变电所电能质量引言随着我国电力市场的不断完善，电力部门不仅要满足用户对电力数量的不断增长的要求，还必须满足较高电能质量的要求，为用户提供安全、可靠、清洁的电力能源成为电力部门获取利润的先决条件，也是实现良好社会效益的唯一手段。
因此，电能质量的好坏直接关系到包括电力工业在内的工商业系统，乃至整个国民经济的发展前景，对于我国这样的发展中国家更具有不可忽略的现实意义和战略意义。
为了保护电网的安全运行和用户的安全用电，迫切需要加强对电网电能质量进行监测和综合分析，掌握电网的电能质量水平和状况，依照国家标准进行在线评估采用统计规律。
从而使电能质量指标参数供给广大电力工作者、用户以及决策领导层进行分析应用，采取防范措施，限制强干扰源，从而确保电力系统的安全、可靠、经济运行，保护电力用户的合法效益。
一、电能质量的基本概念电能质量描述的是通过公用电网共计用户端得交流电能的品质。
理想状态的公用电网以恒定频率、正弦波形和标准电压对用户供电。
在三相交流电力系统中，各相的电压和电流应该处于幅值大小相等，相位互差120度得对称状态。
由于系统各元件（发电机、变压器、线路等）参数并不是理想线性和对称的，负荷性质各异且随机变化，加之调控手段的不完善以及运行操作、外来干扰个各种故障等原因，这种理想状态在实际中是不可能存在的，由此就产生了电网运行、电气设备和用电中的各种问题，为尽量减少、避免这些问题，就需要对电力系统运行参数及电能参数有一定的限制，由此也就引起了电能质量的概念。
电气化铁路对并网发电机组的影响
负序电压电流“应满足国家标准《电能质量三相不平衡》（GB/T 15543）和《旋转电机定额和性能》（GB 755）的要求”，同时该文件还明确规定“新建电铁牵引站应采用三相接入，并根据电网条件和牵引负荷情况进行评
调查发现，在2014年1月至12月期间，十堰供电公司对该地区110kV电网进行改造改变了该地区110kV系统电网的运行方式，此时该电网较为薄弱，而此电站发电机组负序过流保护动作仅发信号，不动作于机组跳闸。机组长期地
承受着电气化铁路不对称负荷，最终损伤，电网运行方式的改变给机组安全运行带来隐患。
湖北十堰市某大型水电厂，电气化铁路负荷对1号厂房1号发电机组发生三次负序反时限过流保护正确动作，机组满负荷跳闸。
1号厂房1号发电机组分别在2017年2月20日、7月15日及7月20日，发生三次1号机组负序反时限过流保护正确动作，三次均是机组满负荷跳闸。
上述现象已经严重影响到并网发电机组的安全可靠运行。根据这些故障现象，研究减少电气化铁路负荷对于并网运行机组的影响已迫在眉睫。
三、现状调查
1、湖北十堰郧西县某小型水电厂，1号水轮发电机组进行大修时发现，1号发电机定子下端部有三根线棒烧毁严重，1号发电机表层绝缘漆老化严重。
，引起频率为100Hz的振动，也将影响机组的正常运行。因此，发电机应装设负序过流保护。
根据“2.20”该水电厂1号机组跳闸时刻附近的故障录波信息分析，15时08分04秒之前一段时间内，发电机定子电流的负序分量一直保持大于0.49A，反时限动作时间约为4.53s与反时限负序过流保护动作曲线吻合。机组保护动
电能质量的影响因素及措施
电能质量的影响因素及措施作者：石海鹰来源：《中国新通信》2013年第14期【摘要】随着我国经济发展水平不断提高和自动化进程的不断加快，对电网的质量也提出了越来越高的要求，因此需要我们不断改善电能质量，保证系统稳定、高效地工作。
本文作者通过实例分析说明测量电能质量在实际工作中的意义，并介绍几种提高电能质量的设备，进而为提高电能质量提供借鉴。
【关键词】电能质量因素一、电能质量当前世界上还尚未对电能质量的概念给出确切的定论。
总体而言，电能质量主要受到电压、频率以及供电三个主要方面因素的影响。
1.1电能质量的衡量指标（1）电压发生中断。
在供电过程中如果出现某一瞬间或者某一时段内一相、多相没有电压的情况我们就称之为断电。
（2）频率出现偏差。
不同国家对于电能质量的频率偏差均已做出了相关规定。
频率的偏差越大，电能质量越低。
（3）电压发生下降或者上升（二者又合称为电压发生偏差）。
其中，电压下降的时间低于一分钟并且下降幅值介于0.1到0.9之间，系统的频率仍然处在标称值范围内的情况叫做电压下降；电压上升的时间也不超过一分钟且上升幅值介于1.1到1.8之间，系统的频率也是在标称值的范围之内的情况叫做电压上升。
（4）电压发生波动或者闪变。
我们把包络线当中的电压规律性变化并且变化其幅值一般介于0.9到1.1之间的情况称为电压的波动。
（5）出现瞬时脉冲。
瞬时脉冲是指在瞬间出现在相邻的稳态之间的电压或者电流发生变化的情况。
瞬时脉冲的频率越高点电能质量越不稳定。
（6）电压出现切痕，衡量是否出现这种情况的标准是电压扰动不超过半个周期。
其发生原因是在电流进行相位转换的时候因为存在瞬时短路的情况而导致的。
二、影响电能质量的多种因素随着用电单位的剧增，大量电器不断增多且用电量逐步提高，供电单位面临巨大的供电缺口，这也给电能质量造成了不好的影响。
此外，越来越多的非线性负荷出现在供用电的系统中。
例如大量的节能装置的出现和变频设备的出现，还有炼钢电弧炉、起重机等在电网中产生了非线性的负荷；其次，高速电梯、高速铁路等会产生高速变化的冲击性负荷，这都影响了电能质量。
关于电能质量问题的危害及预防措施
加强电力设备维 护，提高设备运 行效率
采取有效措施， 防止电力设备损 坏
选用高质量的通信设备：采用具有抗干扰能力的设备，如具有屏蔽、滤波等功能的设备，以 减少外部干扰对通信系统的影响。
优化通信线路：对通信线路进行合理布局，避免线路过长、过细或过于弯曲，以减少线路损 耗和外部干扰对通信系统的影响。
增加通信系统的冗余设计：通过增加备份设备、备份线路等方式，提高通信系统的可靠性和 稳定性，以应对外部干扰对通信系统的影响。
某化工厂因电能质量问题导致生产中断 某钢铁厂因电能质量问题引发安全事故 某机械加工厂因电能质量问题导致产品质量下降 某电子厂因电能质量问题影响生产计划
电视机无法正常观看 冰箱无法制冷 洗衣机无法正常洗涤 空调无法制冷或制热
定期检查电力设 备，及时发现并 解决问题
确保电力设备符 合相关标准，提 高设备质量
监测设备类型：电压监测仪、 电流监测仪、频率监测仪等
监测设备特点：高精度、高 稳定性、高可靠性
监测设备应用：电力系统的电 能质量监测与评估，保障电力
系统的稳定运行
评估目的：了解电能质量状况，为改善提供依据 评估方法：采用多种测试和分析方法 评估内容：电压、频率、波形、谐波等指标 评估结果：针对不同指标进行解读和分析
加强电能质量监 管力度
推广电能质量补 偿装置
建立电能质量监 测系统
制定电能质量标 准与规范
制定严格的制 造标准
推广使用新技 术和新材料
加强质量监管 和检验
建立完善的售 后服务体系
稳定电源技术 的重要性：提 高电能质量， 减少电压波动 和闪变等电能
质量问题
推广稳定电源技 术的措施：加强 技术研发，提高 技术水平；加强 宣传推广，提高
高速铁路电能质量改善方案
高速铁路电能质量改善方案随着高速铁路的发展，电能质量问题也愈加凸显。
电能质量不好会影响铁路供电系统的正常运行，甚至会对高速列车的安全性产生危害。
如何改善高速铁路电能质量问题成为了一个重要的研究方向。
本文将从以下几个方面进行讨论，提出一些高速铁路电能质量改善方案。
一、电能质量的定义电能质量是指电力系统中电能所表现出来的品质。
一般包括以下几个方面：1. 电压波动：主要是指电压在一定时间内突然变化的情况。
2. 电压闪变：是电源电压出现瞬间波动或波动频率较慢的变化。
3. 电压谐波：指在电力系统中存在的各种频率的谐波信号，会产生一定的干扰。
4. 电流谐波：指在电流中出现的各种频率的谐波信号，会对设备产生一定的损坏。
二、高速铁路电能质量的问题高速铁路的运行对电能的高质量有较高的要求，而现有电网运行中存在许多影响电能质量的问题，主要表现为以下几个方面：1. 电压波动过大：高速列车通过电力设备时，可能会引起设备内部电压、电流、磁场等参数变化，从而导致电压波动过大。
2. 电流谐波较大：电气化铁路在工作过程中，会引入谐波电流，这些谐波电流会加剧电压的谐波含量。
3. 地电位过高：高速列车通过电流感应，不可避免地会对地电位进行扰动。
三、1. 增加线路电容器：线路电容器是一种被动的负载无功补偿装置，能够有效地抑制线路电压降低引起电能质量问题。
因此，高速铁路可以通过安装线路电容器来改善电能质量问题，减少电流谐波。
2. 使用有源滤波器：有源滤波器采用主动补偿控制方法消减谐波电流，在调节功率因数和消除谐波方面具有比较好的效果。
高速铁路可以采用有源滤波器来降低电气化铁路的谐波电流含量。
3. 使用地电位补偿装置：高速铁路可以使用地电位补偿装置来限制地电位的扰动。
地电位补偿装置是一种无刷直流电流源，在地电位扰动发生时，可以通过地面电极引入直流电流来降低地电位的幅度。
四、结论针对高速铁路电能质量问题，本文提出了一些改善方案，包括安装线路电容器、使用有源滤波器以及使用地电位补偿装置。
电铁负荷对宁夏电网电能质量的影响
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５ 次谐波电流通过电铁供电专线流人瓦亭 、
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气机车取用的基波电流为最大值时， 由瓦亭 Ｉ 回注入瓦亭变电 所 的 ３５７ 、、 次谐波电流分别达到了 大值， 超过了允许注入值 图 ５为 、 、 ． 和 和 ） 。 的最
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电气化铁路负荷特性及对电能质量的影响与建议
电气化铁路负荷特性及对电能质量的影响与建议潘美容;杨利兵;杜雅飞【摘要】现代电气化铁路的单相供电、负荷冲击等特点,对电网电能质量的影响不可避免.为了提高铁路运行的稳定性和可靠性,应该对电气化铁路进行整顿和改造,着力提高电能质量,保证电力系统和牵引供电系统的稳定性.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2015(034)031【总页数】3页(P123-125)【关键词】电气化铁路;负荷特性;电能质量;谐波;负序【作者】潘美容;杨利兵;杜雅飞【作者单位】国网山西省电力公司客户服务中心,太原030008;国网忻州供电公司,忻州034000;国网山西省电力公司客户服务中心,太原030008【正文语种】中文【中图分类】U22电气化铁路是现代运输体系的基础设施，是推进国民经济建设的有力保证。
电力机车负载的三相分布通常是不对称的，并且具有非线性和冲击性的特点，极易使电力系统产生闪变、谐波、负序电流、电压波动等电能质量问题，会对牵引供电系统本身和上级电力系统的供电质量产生不利影响，最终会降低整个电力系统的经济性和安全性。
因此，应该采取必要的治理措施来改善牵引供电系统的稳定性，提高电能质量。
目前，大功率牵引变流器技术日臻成熟，电力机车的谐波和无功的难题被成功攻克，但是其单相（两相）供电造成的负序和冲击性分量还有可能对电能质量产生不利影响，因此必须坚持研究，切不可松懈。
目前世界上68个国家和地区拥有电气化铁路，我国电气化铁路的总里程居世界第一。
2014年山西省境内电气化铁路建设项目中采用220千伏供电的有中南部铁路、大西铁路项目，分别建设14个、11个牵引站。
1.1 定义及工作原理电气化铁路的供电系统又名牵引供电系统，是由电力系统向电力机车传输电能的电力装置的总称。
它包括牵引变电所和接触网两个子系统，图1是其电气原理。
1.2 分类电气化铁路供电系统由电力系统经高压输电、牵引变电所降压、变相或换流等环节，向电气化铁道运行的电力机车、动车组输送电力的全部供电系统。
电能质量对电网安全的影响及应对措施
２ 电能质量问题的特 点 ．
（ ） １ 动态性 。电能从 发电生产 到用户消 耗是一个 整体 ，其 流动 始终处 于动态平衡 中 ， 且随着电 网结构和负荷 的改变 而不 断变换 。 并 过程直至消耗几乎是 同时进行 的。
消除电能质量运行监 督的 “ 盲区 ”对 电网安全 和保证供 电质量都
电能质 量 问题 对 电力 系统安全 的影 响可 以从 一次 和二次 系统 分 质 量监测 、调整的 内容 。 （ ）尽快 落实 《 ５ 电力 法 》 中关 于 上 网电价 实行 “ 同网 同质 同 制定 具体 办法和实施步骤 。 况 ，直接威胁系统 的安全运行 ；譬如 ，谐波可能 引起谐 振 ，谐振高 电 价 ”规定 ， （ ） 及电能质 量专业 知识 ，特 别是对 电网运行监督 岗位上的 ６ 普 容易因过负荷 而击穿 。高次谐波 电流流过 变压器 ，使变压器 的铁心损 技术人员 ， 全 面了解 电能质量的检测 、超标 的危害 、电能质量指标 应 耗增加 ；高次谐波 电流流入电动机 ，不仅 铁心损耗增加 ，而且使转子 和运行方 式的关系 、降低 电能质量危害 的措施 以及 电能质量标准等方 发 生振 动 ，严重影响机械加 工质量 。高次谐波 使电力系统发 生电压谐 面的知识 。 振 ，在线路上引起过 电压 ，会击穿设备绝缘 。负序和谐波对 发电机不 仅有热效 应 ，产生局部发热 ，而且会使发 电机组 产生振动 ，并伴有 噪 音 ，严重威胁 机组的安全稳定 运行。对于二次 系统 ，当 电能质量 问题 备退 出运行 ，从而会引发一些 不可预料的结果 ；另一 方面 ，电能质量
参考文献
［］ １中华人民共和 国国家标准，Ｇ １３ ５９ 电能质量． 电电压允 Ｂ ２ ２ －０ 供 ｓ． 北京，国家技术监督局，１９ ９０ 威胁到系统设备 的安全运行时 ，二 次系统 的保护部分会 自动使系统设 许偏 差［］
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电气化铁路对电网电能质量的影响以及干扰防范措施
在铁路运输过程中，电气化铁路接触网出现故障的情况时有发生，对铁路的
正常运输秩序产生了不良影响。导致接触网发生故障的原因是多方面的，而且故
障的表现形式也是多样化的。不过因为单相运行、负荷变化以及整流供电等因素
的存在，电气化铁路牵引符合对电网产生了一些不利影响，首先是降低了功率因
数；其次是三相电压平衡性减弱；再者是谐波超出标准；最后是电压波动幅度较
大等。本文参考我国河南省电网的现状和电气化铁路的发展情况，对电气化铁路
负荷对电网电能质量的影响特点进行了探讨，有针对性地提出相应的治理措施。
标签：电气化铁路；电网；电能质量；措施
1导言
电气化铁路具有运输能力大、行驶速度快、工作条件好等特点，给国民经济
带来了巨大的经济效益，在全世界得到了广泛的关注。电气化铁路的优点固然很
多，但是由于电气化铁路属于一种比较特别的电力子系统，而且作为一种单相整
流或逆变负荷的大功率电力机车会通过牵引供电系统向电力系统中注入较大且
波动性很大的谐波电流以及负序电流，当这些电流被注入到电网后，不仅会降低
电力系统的供电质量，还会危及整个电力系统的供电安全问题。
2电气化铁路牵引供电系统基本原理
电气化铁路是由牵引供电系统、机务系统以及电力机车组成的一种通过轨道
进行运输的交通方式。其中，电力机车作为电气化铁路最主要的牵引动力，由于
电力机车的驱动需要大量的电能，因此，牵引供电系统主要为电力机车提供所需
的电能。牵引变电所和接触网是牵引供电系统最主要的两个部分，电力系统将电
能输送到牵引变电所，这些电能经过牵引变电所的转换后被输送到沿铁路线布置
的接触网中，接触网通过与电力机车受电弓的接触，将电能供给电力机车。牵引
供电系统如图1所示。
目前，电气机车驱动系统有两种，一种是由变压器+整流器提供直流电给直
流牵引电动机使用，通过调节变压器来控制电动机速度。另一种由使用整流+逆
变器产生变频交流驱动交流牵引机。机车驱动主电路：单相工频供电电流走馈线，
上27.5kV接触网，经受电弓通过主断路器进入机车，经车载主变压器降压后，
由整流电路转换成直流电源（或由整流—逆变电路转换成可调压变频电源），供
给若干台分组并联的牵引电动机。
3电气铁路负荷特点
现行电气铁路负荷具有以下主要特点：（1）功率大，单相负荷；（2）负荷系
统供电电压等级高、分区段供电点多；（3）负荷具有不对称性、时变性和非线特
征。
4电气铁路对电能质量的影响
稳态电能质量包括频率偏差、电压偏差、三相电压平衡度、电压波动与闪变、
电压电流波形正弦度五项指标。电气铁路对电能质量的影响由负荷特征决定。
（1）电气铁路是大功率单相负荷，其产生的负序电流，会影响三相电压不
平衡。
（2）电气铁路是大功率整流负荷，其产生的谐波电流会影响电压波形的正
弦度。
（3）电气铁路大功率负荷变动，导致电压波动与闪变，影响电压稳定性。
电气铁路的不对称性、时变性和非线性特征，直接影响电网的三相电压平衡
度、电压幅值稳定性和电压波形正弦度，并由此对电压系统中的运行设备产生不
利影响。
5电铁对电网电能质量干扰防范措施
5.1电气化铁路在清远地区的电能质量影响
以清远地区电气铁路牵引站的电能质量监测数据分析，发现采用110kV电
压等级专线供电的各牵引站谐波电流3次、5次、7次、9次、15次、17次、19
次、21次、23次超标，采用220kV电压等级专线供电的牵引站电能质量没有超
标。电铁谐波主要影响旋转电机、变压器、电容器组、继电保护、监控设备等电
力系统设备的正常动作。
5.2电铁对电能质量干扰防范措施
抑制电气铁道对电网电能质量的干扰，保证电网安全运行和可靠供电，符合
包括铁道企业在内广大电力用户的切身利益，也是铁路公司和电网企业共同的责
任。
减少电气铁道对电能质量干扰的主要措施包括技术和管理两大方面。
5.2.1技术措施
（1）改善牵引驱动方式，包括采用调压变频（VVVF）驱动技术，增加变
流级数等。
（2）降低负荷电流，例如用AT供电方式，在牵引网中设置正馈线和并联
自耦变压器，将牵引供电电压提高一培，从而减少负序电流和谐波电流。
（3）采用平衡电压，减少负序电流。
（4）同一供电片区有一个以上引起变压器时，采用换相供电，减少电压不
平衡。
（5）安装有源滤波器（APF）减少谐波电流，或使用静止同步补偿器（SVG）
等辅助治理技术，抑制电压波动与闪变，减少负序电流和谐波电流。
（6）提高供电电压等级，增加电源点短路容量，提高系统承受负荷干扰的
能力。
5.2.2管理措施
（1）以平衡负荷为目标，改善列车编组运行方式。
（2）在条件允许时，尽量避免电源系统在小方式下运行，使电源点有尽可
能大的短路容量，减少负序电流和谐波电流和影响。
（3）尽量避免电气铁道接入电能质量敏感用户集中的公共电源。
（4）加强对电气铁道负荷接入电力系统的技术监管工作，包括在接入方案
评审，供电工程设计审查，工程通电检测、运行监督等环节实施规范化监管。为
此，应着力改变目前管理组织涣散、监管制度不健全、责任分工不明确、监管能
力不足的现状。
结束语
综上所述，未来我国铁路电气化改造进程还将进一步深入，新建的电气化铁
路也会越来越多，所以针对電气化铁路负荷对电网电能质量的研究具有十分重要
的意义。应当重视每个造成接触网故障的原因，然后制定有效的措施进行防范，
促使接触网设备安全的运行，一定程度提高铁路运输的安全性。
参考文献：
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进展[J].中国腐蚀与防护学报，2016，36（05）：381-388.