电气化铁路并网对电能质量的影响分析概论
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电气化铁路对电网的影响及对策
电气化铁路对电网的影响及对策电气化铁路是指将传统的蒸汽机车、内燃机车替换为电力机车，并通过铺设电缆或接触网供电。
电气化铁路具有运营效率高、能耗低、环境友好等优点，但也对电网产生了一定的影响。
本文将就电气化铁路对电网的影响以及相关对策展开讨论。
首先，电气化铁路对电网的影响主要体现在以下几个方面：1.能源需求增加：电气化铁路使用电力机车替代传统机车，因而对电能的需求量会大幅增加。
特别是对于大规模铁路电气化项目来说，需要消耗大量的电力资源，对电网能源供应提出了更高的要求。
2.电网负荷变化：由于电气化铁路的使用，会引起电网负荷的变化。
电力机车的启动和瞬时加速需要大量电能，导致电网负荷瞬间增加。
此外，电气化铁路的顶峰小时负荷与传统火车线路不同，可能会对电网的负荷平衡产生一定的影响。
3.输电线路需求增加：电气化铁路需要一定的供电线路来为电力机车提供电能。
这就要求在原有的电网基础上，增加或改造供电线路，以满足电气化铁路运营的需求。
针对电气化铁路对电网的影响，可以采取一系列的对策来解决：1.提供足够的电力资源：针对电气化铁路对电能需求的增加，电力系统要增加相应的电力资源，包括建设新的发电厂、扩大电力系统容量等。
此外，可以推广利用清洁能源，如风电、太阳能等，减少对传统化石能源的依赖。
2.加强电能储存技术研发：为了避免电气化铁路的瞬时负荷对电网稳定和平衡产生不利影响，可以加强电能储存技术的研发和应用。
通过储能设备，将低谷时段的电能储存起来，在高峰时段释放，以平衡电网负荷。
3.优化电网结构：对于电气化铁路而言，可以优化电网的结构以适应其特殊负荷需求。
可以增设专门的供电线路，优化变电站配置等，以提高电网的可靠性和稳定性。
4.加强智能电网建设：智能电网具有实时监测、分布式调度等特点，可以更好地适应电气化铁路的需求。
通过智能电网的建设，可以实时监测电网各项指标，并进行相应的调整，以满足电气化铁路运行的要求。
综上所述，电气化铁路对电网产生了一定的影响，尤其是在能源需求增加、电网负荷变化、输电线路需求增加等方面。
电气化铁路负荷特性及对电能质量的影响与建议
关键词 ：电气化铁 ：ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｉｅ ｆ ｄ ｒ ａ ｉ ｌ ｗａ ｙ ｓ ； ｌ ｏ ａ ｄ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ； ｐｏ ｗｅ ｒ ｑｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ； ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ ｗａ ｖ ｅ； ｎ ｅ ｇ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ ｅ ｑｕｅ ｎｃ ｅ
潘 美 容 Ｐ ＡＮ Ｍｅ ｉ — ｒ ｏ ｎ ｇ ； 杨 利 兵②ＹＡ ＮＧ Ｌ ｉ — ｂ ｉ ｎ ｇ ； 杜 雅 飞①ＤＵ Ｙ ａ — ｆ ｅ ｉ
（ ① 国网山西省 电力公 司客 户服务 中心， 太原 ０ ３ ０ ０ ０ ８ ； ② 国网忻 州供 电公 司， 忻州 ０ ３ ４ ０ ０ ０ ） （ （ ￣ ） Ｃ ｕ ｓ ｔ ｏ ｍ ｅ ｒ Ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｇ ｒ ｉ ｄ Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ ， Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ ０ ３ ０ ０ ０ ８ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ：
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｍｏ ｄ ｅ ｍ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｒ ｉ ｆ ｅ ｄ ｒ ａ ｉ ｌ ｗａ ｙ ， ｌ ｉ ｋ ｅ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ — ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ｈ ａ ｖ ｅ ｉ ｎ ｅ ｖ ｉ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｏ ｎ
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电气化铁路对电力系统的影响与对策
电气化铁路对电力系统的影响与对策摘要：电气化的铁路工程施工建设的开展，有效的提升高速电气化的铁路牵引负荷，在实际运行标准中，需要铁路及其电力系统的共同解决。
供电系统面临着更大地挑战，为有效的适应高速铁路工程的快速发展，我们需要配合、协调好有关牵引供电系统的建设及其运行工作。
本文就结合作者实际的工作经验，简要的分析电气化的铁路对其电力系统影响及其解决措施，以供借鉴参考。
关键词：电气化铁路；电力系统；供电方式；补偿的方法前言：我国的铁路工程建设事业快速发展，在一定程度上推进我国交通工程行业发展和进步，全世界的电气化铁路也得到飞速地发展，营业里程在每年都增加，电气化的铁路电气机车特点在于有着很大地波动性、移动性，负荷特点是大功率的单相整流带的冲击，在接入大电网后运行，大量负序分量、谐波在电力系统中的产生，严重的影响到电网接入点稳定性及其安全性，如果说不采取有效的措施进行治理，将严重的威胁到电力系统安全稳定的运行。
下面就进行探讨分析。
1 电气化铁路及其供电的方式1.1电气化铁路基本的概念分析电气化的铁路主要是由电力机车、供电系统所组成的，供电电源与牵引供电系统将构成整体的供电系统。
供电电源则包含牵引供电系统的供电高压输电线、电力系统的变电站，牵引网与牵引变电所构成牵引供电的系统。
电力机车作为铁路运输牵引的动力，自身不携带能源，接收牵引网输送电流，由牵引电动机经过车载变流器驱动车轮。
1.2牵引变压器接线的方式我国的牵引变电所牵引变压器接线的方式一般包含V-V接线、三相/两相平衡接线、YNdll接线和单相接线等。
1.3电气化铁路对电力系统的影响分析单相供电作为电气化铁路牵引网供电的方式之一，其整流方式与供电方式将直接影响到电力系统正常的运行，其主要是单相供电将造成牵引变电站的三相侧电流的不平衡，所以负序电流注入了上级电力系统。
所以，牵引负荷的变化较快，影响到电力系统电流值，因为整流给电力系统注入了谐波。
1.3.1详细的阐述了负序电流对整个电力系统的影响通常在电力系统中，继电保护装置存在有误的操作主要是因为负序电流而引起的，从而使整个电流系统的运行都存在一定的滞后，如果要进行常规的保护就要对其状态转换为闭锁状态，从而让保护装置出现失灵的现象。
电气化铁路负荷对河南电网电能质量的影响
２
杜 习周等 ： 电气化铁路负荷对河南电网电能质量 的影响
２ １ 年第 ２期 ０１
谐振 现象 。 振 频率 的谐 波 电流会 放 大 。谐 波 电流 谐
析． 测试 结果 可归 纳为 以下几个 方 面 。 ２１ 牵引 站注入 的谐 波电流 ．
越 大 ， 功功 率 越大 ， 率 因数 越低 ； 波 电流波 形 无 功 谐
其 中韶 山型 机 车为交 一 型机 车 ，整 流桥 脉 动 数 为 直
失 败 、 电 站 直 流充 电模 块 烧 毁 、 户侧 保 护 误 动 变 用
２ 电铁谐 波 主要 是奇 次谐 波 ， 谐 波含 量 大 。所 有 ， 且
作跳 闸等故 障 。因此 ， 电气 化铁 路负 荷 的大量接 入 ，
ｔ ｅ ｅ ｅ ｔｉ ｅ ａｌ ｙ ｔａ ｔ ｎ ｌ ａ ｅ ａ ｓ ｆ ｉ ｉ ｇｅ ｐ ａ ｅ ｏ ｅ ａｉ ｎ，ｅ ｔ ｅ ｏ ｒ ｓ ｐ ｌ ｌ ａ ｈ ｌ ｃｒｆ ｄ ｒ ｉ ｉ ｗａ ｒ ｃ ｏ ｏ ｄ ｂ ｃ ｕ ｅ ｏ ｓ ｓｎ ｌ－ ｈ ｓ ｐ ｒ ｔ ｉ ｔ ｏ ｒ ｃｉ ｒｐ ｗｅ ｕ ｐ ｙ，ｏ ｄ ｉ ｆ
带来 严 重 的 电能 质量 问题 ， 电网安 全稳 定 运行 面 临
牵 引站 电铁谐 波 电流均存 在 超标情 况 ， 中 ３至 ｌ 其 ３
次 的谐 波含 量较 大 ， 次谐 波 电流 占基 波 电流 百分 各
风 险 。
含量 的最 大值与平 均值 如表 １ 所示 。通过 与 中 国电
摘 要 ： 路 电 气化 具 有 运 输 能 力 大 ， 合 能 源 利 用 率 高 ， 能 减排 等 明 显 优 点 ， 着 科 学技 术 和 国 民经 济 的 快 速 发 铁 综 节 随
电气化铁路电能质量问题
电气化铁路对电网电能质量的影响及治理措施1.电气化铁路带来的电能质量问题电气化铁路是当前我国重点发展的交通方式，它可以提高铁路运输能力、改进铁路运营，同时也有利于实现资源的合理分配、降低运营成本、保护生态环境等，因此，和其它牵引方式相比，电气化在铁路运输中显示出无可比拟的优越性。
国务院批准的《中长期铁路网规划》明确，到2020年，我国铁路总里程将达到100000km，其中电气化铁路为50000km，铁路电气化率约为50％，承担的运量比重在80％以上。
电气化铁路由接触网、铁道及电力机车构成，当然还包括各运行机构、指挥自动化系统及其他相关部分。
和传统的蒸汽机车或柴油机车牵引列车运行的铁路不同，电气化铁路是指从外部电源和牵引供电系统获得电能，通过电力机车牵引列车运行的铁路。
它包括电力机车、机务设施、牵引供电系统、各种电力装置以及相应的铁路通信、信号等设备。
它具有下述优点：可广泛利用多种一次能源功率大；速度高；效率高过载能力强运输成本低无烟气排放污染；可靠性好不受外界条件限制在山区和高寒地区电力机车功率发挥更好。
电气化铁路的牵引动力是电力机车，机车本身不带能源，所需能源由电力牵引供电系统提供。
牵引供电系统主要是指牵引变电所和接触网两大部分。
变电所设在铁道附近，它将从发电厂经高压输电线送来的电流，送到铁路上空的接触网上。
接触网是向电力机车直接输送电能的设备。
沿着铁路线的两旁，架设着一排支柱，上面悬挂着金属线，即为接触网，它也可以被看作是电气化铁路的动脉。
电力机车利用车项的受电弓从接触网获得电能，牵引列车运行。
牵引供电制式按接触网的电流制有直流制和交流制两种。
直流制是将高压、三相电力在牵引变电所降压和整流后，向接触网供直流电，这是发展最早的一种电流制，到20世纪50年代以后已较少使用。
交流制是将高压、三相电力在变电所降压和变成单相后，向接触网供交流电。
交流制供电电压较高，发展很快。
我国电气化铁路的牵引供电制式从一开始就采用单相工频(50赫)25千伏交流制。
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：科学技术的发展迅速带动了电气化铁路的发展。
由于强电流集束效应的存在，使得电气化铁路牵引供电变电系统中的牵引供电网结构较大，负荷也不同于一般负荷。
不能计算系统的电流分布、牵引网的阻抗、短路电流等，计算过程复杂且结果不准确。
电力铁路的重点是改造铁路供电系统，三相工频交流电压通过电力系统与单相工频交流电压相连，三相工频交流通过牵引变压器转换成单相工频交流，然后由机车供电。
电力牵引供电、电气化铁路变电系统发生故障的概率大，牵引车和变电所三相交流电转换成单相交流电，这必然会造成三相电力系统的非对称运行。
负序电流将干扰小容量三相电源，系统的负序电压可使该线路上其他负载的电源中断而不发生故障，并干扰该线路第二侧的保护装置。
采用遗传算法确定牵引变电所的最佳位置和分区，确定牵引供电臂的合理长度，从而达到牵引网电能损耗最小的目的。
虽然该算法能获得牵引变压器的容量，但由于牵引供电和转换系统中数据量大，计算复杂度高。
在牵引供电变电系统中，采用多导线电气化铁路牵引供电，可获得瞬时电流，但是，由于运行位置和速度的差异，还不能充分反映列车运行过程对结果的影响。
基于大数据分析，提出了电气化铁路牵引供变电系统的设计方法，借助大数据分析技术，充分发挥高效搜索特性。
关键词：电气化铁路；电力系统；影响分析引言随着物联网及5G通信技术的快速发展，两者结合应用于高速铁路，加快推进了中国高铁向智能化方向发展的速度。
牵引供电系统是高速铁路实现智能化运行的重要组成部分之一，而智能化牵引变电所又是牵引供电系统实现智能化运行的核心。
我国目前智能化牵引变电所的应用仍处于起步阶段，当前运行的电气化铁路绝大部分以普通型的牵引变电所为主，设备不够智能，运行状态以人工判断检修为主，整个供电系统故障判断及故障后恢复仍然以人工为主。
随着中国电气化铁路的快速发展，人工成本逐年增加，智能化铁路是铁路发展的必然趋势，要实现铁路智能化运行，智能化牵引变电所的应用是必不可少的环节。
电气化铁路电能质量问题
电气化铁路对电网电能质量的影响及治理措施1.电气化铁路带来的电能质量问题电气化铁路是当前我国重点发展的交通方式，它可以提高铁路运输能力、改进铁路运营，同时也有利于实现资源的合理分配、降低运营成本、保护生态环境等，因此，和其它牵引方式相比，电气化在铁路运输中显示出无可比拟的优越性。
国务院批准的《中长期铁路网规划》明确，到2020年，我国铁路总里程将达到100000km，其中电气化铁路为50000km，铁路电气化率约为50％，承担的运量比重在80％以上。
电气化铁路由接触网、铁道及电力机车构成，当然还包括各运行机构、指挥自动化系统及其他相关部分。
和传统的蒸汽机车或柴油机车牵引列车运行的铁路不同，电气化铁路是指从外部电源和牵引供电系统获得电能，通过电力机车牵引列车运行的铁路。
它包括电力机车、机务设施、牵引供电系统、各种电力装置以及相应的铁路通信、信号等设备。
它具有下述优点：可广泛利用多种一次能源功率大；速度高；效率高过载能力强运输成本低无烟气排放污染；可靠性好不受外界条件限制在山区和高寒地区电力机车功率发挥更好。
电气化铁路的牵引动力是电力机车，机车本身不带能源，所需能源由电力牵引供电系统提供。
牵引供电系统主要是指牵引变电所和接触网两大部分。
变电所设在铁道附近，它将从发电厂经高压输电线送来的电流，送到铁路上空的接触网上。
接触网是向电力机车直接输送电能的设备。
沿着铁路线的两旁，架设着一排支柱，上面悬挂着金属线，即为接触网，它也可以被看作是电气化铁路的动脉。
电力机车利用车项的受电弓从接触网获得电能，牵引列车运行。
牵引供电制式按接触网的电流制有直流制和交流制两种。
直流制是将高压、三相电力在牵引变电所降压和整流后，向接触网供直流电，这是发展最早的一种电流制，到20世纪50年代以后已较少使用。
交流制是将高压、三相电力在变电所降压和变成单相后，向接触网供交流电。
交流制供电电压较高，发展很快。
我国电气化铁路的牵引供电制式从一开始就采用单相工频(50赫)25千伏交流制。
浅析电气化铁路负荷对电网电能质量的影响及其治理措施
重， 整个 电 网 出 现 了各 种 各 样 的 问 题 ， 比 较 突 出的 问题 有 ： 电容
不用程度 的影 响。鉴 ｆ 此， 该省电力公 司针对所有地 级市 的供 电情 况进行 了测试 分析 ， 掌握其牵 引站 和供 电系统 连接点 的电 能质量 ， 主要针对的是背景谐波和 负序。具 体测试 的时候采用 连续 测量 的方式 ， 各 个 测 试 点 的测 试 口 间 必 须 达 到 ２ ４小 时 以 上， 记录 问隔时 问选 择 １ 分钟， 各 个周期 内采样 数 目必须 多余 １ ２ ８ ， 不 同谐 波 分 析 的周 波 不 得 少 于 ４个 。参 考 我 国 现 行 的 基 本 标 准 进 行 数 据 的统 计和 分 析 ， 下 面 将 针 对 统 计 后 的监 测 数 据 进行分析 ， 得 到 以 下 的 测试 结果 。
科技风 ２ ０ １ ８年 ２月
水 利 电力
善
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ９ ３ ９ ２ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ６ ７ １ — ７ ３ ４ １ ． ２ ０ １ ８ ０ ４ １ ３ ７
浅 析 电气 化 铁 路 负 荷 对 电 网 电能质 量 的影 响及 其 治 理 措 施
纪麟儿
三峡大学 湖北宜 昌 ４ ４ ３ ０ ０ ２； 国 网 十堰 供 电 公 司 湖 北 十 堰 ４ ４ 运输 能力 ， 而且提 高能源的利 用效 率， 达到节能减排 目的 。近 些年 来我 国经济发展 十分迅速 ， 而 且科学技术也取得 了很大的进步 ， 电气化铁路 的发展 也到 了一个关键时期。不过 因为单相运行 、 负荷 变化 ｖ Ａ ＇ 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 关键 词 ： 河南电网； 电 气 化铁 路 ； 电 能质 量 ； 治 理 措 施 随着 电气化铁路 的应用不断深入 ， 铁路 网络 的运输 能力将 会逐渐增强 ， 能源利用效 率也 会得 到很大 程度 的提升 ， 有 利 于 实现节能减排 的 目标 ， 同时能 够促 进 我 国经 济社 会 的健康 发 展。我国在《 中长期铁路 网规 划》 中明确 指 出， 截 止到 ２ ０ ２ ０年 的时候 ， 我 国铁路 的总里程数必 须达到 ５万公 里 以上 。由于 电 气化铁路 的发展相 当迅速 ， 其相应 的牵 引供 电系统规模也 会逐 步扩大。作为我国铁路网络的 中心 ， 河南省铁路 电气化 比例相 当大 ， 可靠数据显示 ， 在２ ０ １ ５年底 的时候 ， 该 省 的电气 化铁 路 里程数 已经超 过了 ２ ５ ０ ０公 里。河南省 的地级 市几 乎都设 置额 电气化铁路牵 引站 ， 牵引站总数接 近 ４ （ 】 座， 容量和 负荷则 是分 别达 到 ２ ６ ０ ０ ＭＶ Ａ和 １ １ ０ ０ ＭＶ Ａ左右 ， 约为 ３ ０亿千 瓦时 的 电量 位列 我国电网公司第二名 。 然 而需要 指出的是 ， 对 于电气 化铁路 而言 ， 目前 我 国使用 的主要是工频单相交流 制 ， 所 以电力机 车单 相整流 负荷具有相 当大 的波动性 ， 这对三 相对称 供 电系统产 生 了不利 影响 ， 进 而 使得其对称性 、 线性以及稳定性均不理 想。 三相谐波 电流 的平 衡性较差 ， 整个 电力 系统 因此 受到很 大影 响。 与此 同时 ， 整个 牵引 网出现谐 振 的可 能性 增强 ， 最终 使得 谐 波 电流 变得 相 当 大 。随着谐波 电流 的不 断 增加 ， 无 功 功率 占据 的比例 不 断增 加， 其功率因数也会逐渐 降低 ， 相 比谐波电压而言 ， 谐 波 电流畸 变问题更 为突 出。尤其是近些年来 电气化铁路 负荷持续增 加 ， 河南省 的敏感用户也越来越多 ， 谐波和 负序 等问题变 得十分严
不用程度 的影 响。鉴 ｆ 此， 该省电力公 司针对所有地 级市 的供 电情 况进行 了测试 分析 ， 掌握其牵 引站 和供 电系统 连接点 的电 能质量 ， 主要针对的是背景谐波和 负序。具 体测试 的时候采用 连续 测量 的方式 ， 各 个 测 试 点 的测 试 口 间 必 须 达 到 ２ ４小 时 以 上， 记录 问隔时 问选 择 １ 分钟， 各 个周期 内采样 数 目必须 多余 １ ２ ８ ， 不 同谐 波 分 析 的周 波 不 得 少 于 ４个 。参 考 我 国 现 行 的 基 本 标 准 进 行 数 据 的统 计和 分 析 ， 下 面 将 针 对 统 计 后 的监 测 数 据 进行分析 ， 得 到 以 下 的 测试 结果 。
科技风 ２ ０ １ ８年 ２月
水 利 电力
善
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ９ ３ ９ ２ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ６ ７ １ — ７ ３ ４ １ ． ２ ０ １ ８ ０ ４ １ ３ ７
浅 析 电气 化 铁 路 负 荷 对 电 网 电能质 量 的影 响及 其 治 理 措 施
纪麟儿
三峡大学 湖北宜 昌 ４ ４ ３ ０ ０ ２； 国 网 十堰 供 电 公 司 湖 北 十 堰 ４ ４ 运输 能力 ， 而且提 高能源的利 用效 率， 达到节能减排 目的 。近 些年 来我 国经济发展 十分迅速 ， 而 且科学技术也取得 了很大的进步 ， 电气化铁路 的发展 也到 了一个关键时期。不过 因为单相运行 、 负荷 变化 ｖ Ａ ＇ 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 关键 词 ： 河南电网； 电 气 化铁 路 ； 电 能质 量 ； 治 理 措 施 随着 电气化铁路 的应用不断深入 ， 铁路 网络 的运输 能力将 会逐渐增强 ， 能源利用效 率也 会得 到很大 程度 的提升 ， 有 利 于 实现节能减排 的 目标 ， 同时能 够促 进 我 国经 济社 会 的健康 发 展。我国在《 中长期铁路 网规 划》 中明确 指 出， 截 止到 ２ ０ ２ ０年 的时候 ， 我 国铁路 的总里程数必 须达到 ５万公 里 以上 。由于 电 气化铁路 的发展相 当迅速 ， 其相应 的牵 引供 电系统规模也 会逐 步扩大。作为我国铁路网络的 中心 ， 河南省铁路 电气化 比例相 当大 ， 可靠数据显示 ， 在２ ０ １ ５年底 的时候 ， 该 省 的电气 化铁 路 里程数 已经超 过了 ２ ５ ０ ０公 里。河南省 的地级 市几 乎都设 置额 电气化铁路牵 引站 ， 牵引站总数接 近 ４ （ 】 座， 容量和 负荷则 是分 别达 到 ２ ６ ０ ０ ＭＶ Ａ和 １ １ ０ ０ ＭＶ Ａ左右 ， 约为 ３ ０亿千 瓦时 的 电量 位列 我国电网公司第二名 。 然 而需要 指出的是 ， 对 于电气 化铁路 而言 ， 目前 我 国使用 的主要是工频单相交流 制 ， 所 以电力机 车单 相整流 负荷具有相 当大 的波动性 ， 这对三 相对称 供 电系统产 生 了不利 影响 ， 进 而 使得其对称性 、 线性以及稳定性均不理 想。 三相谐波 电流 的平 衡性较差 ， 整个 电力 系统 因此 受到很 大影 响。 与此 同时 ， 整个 牵引 网出现谐 振 的可 能性 增强 ， 最终 使得 谐 波 电流 变得 相 当 大 。随着谐波 电流 的不 断 增加 ， 无 功 功率 占据 的比例 不 断增 加， 其功率因数也会逐渐 降低 ， 相 比谐波电压而言 ， 谐 波 电流畸 变问题更 为突 出。尤其是近些年来 电气化铁路 负荷持续增 加 ， 河南省 的敏感用户也越来越多 ， 谐波和 负序 等问题变 得十分严
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作者：邓命周苗孙涛来源：《科学与信息化》2018年第23期摘要进入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坏或者其他故障，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。
浅析电气化铁路对电网的影响及对策研究
浅析 电气化铁路对 电网的影响及对策研究
张 震 ， 张道 国２
（． １ 国核 电力 规 划设 计研 究院 ， 京 １０ ３ ； 北 ００ ２
２ 电力工程咨询院有限公司， ． 山东 济南 ２０ １ ） ５ ０３
摘 要： 电气化铁路 牵引负荷是波动性很大的 大功 率单相整 流 负荷 ， 消耗 电能的 同时向 电力 系统 注入 大量 的 在
与 就业指导讲座 纳人 素质学分考核 ， 充分调动学生积极 性。 实行平时（ ０ ３ ％）＋能 力 （ ０ ）＋考 试 （ ０ ） ３％ ４ ％ 的结构 性考
核， 期末考试采用试卷法 和 口试 法 ， 试卷一般 以开卷考试为
主。
［］ ３ 谢爱林． 大学生职 业生 涯规 划教 育 的 日常渗 透 ［］ 论 Ｊ．
好 的基础 ， 而培养出更多 的社会 主义合格人才 。 从
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从整个 供电网络来看 ， 近年来 随着 电气化 线路 的不 断 增 长和电力系统容量 的增加 ， 负序 电流对 系统 的影响得 使 到缓解 ， 但是从单个变 电站来看 ， 为电气化 铁路 负荷 的电 作
［］ ３ 臧宏志 ， 安 ， 兵． 车组 投运 对 电 网电能 质量 的 吴成 赵 动 影响 ［］ 山 东电力技术 ， ０ ，６ ． Ｊ． ２ ７（） ０
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电气化铁路并网对电能质量的影响分析电气化铁路对国民经济发展和社会进步具有重要意义。
然而，电力机车负荷的非线性、不对称、冲击性等特点，引发了电力系统谐波、负序电流以及电压波动和闪变等电能质量问题，降低了电力系统的供电质量，影响电力系统的安全和经济运行。
传统电气化铁路采用交-直型电力机车，会产生较高的谐波，且功率因数较低。
与传统电气化铁路相比，高速铁路具有牵引负荷大、可靠性要求高、负荷波动频繁、列车负载率高、受电时间长等特点，对牵引站容量和电网配套供电能力提出更高的要求。
牵引供电负荷采用交-直-交型电力机车，功率因数接近1，无功的影响相对交-直型电力机车有所改善。
但由于仍采用了大量整流、逆变等电力电子器件，因此不可避免地还会产生一定的谐波电流注入公共电网。
此外，由于高速铁路牵引供电负荷牵引功率大幅提高，且负荷单相供电，将产生大量的负序电流，导致公共电网的三相不平衡。
因此,高速铁路对电力系统电能质量的影响主要是谐波和负序的问题。
负序电流使发电机产生转子附加损耗与发热和附加振动，使电力系统中以负序分量启动的继电保护装置误动作，增加变压器的附加量损失和发热等，严重影响电力系统的安全稳定运行。
谐波电流给发电机、变压器电力设备带来额外功率损耗，引起继电保护装置误动或拒动，降低了电力系统的可靠性。
一、电气化铁路供电系统电气化铁路供电系统（power supply system for electrified railway）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，向电气化铁路运行的电力机车、动车组输送电力的全部供电系统，系统结构图见图1。
电气化铁路供电系统通常包括两大部分，即对沿线，牵引变电所输送电力的外部供电系统，以及从牵引变电所经降压、变相或换流（转换为直流电）后，向电力机车、动车组供电的变、直流牵引供电系统。
供电方式有：直接供电方式、带回流线的直接供电方式、BT供电方式、AT供电方式和CC供电方式。
图1 电气化铁路供电系统结构图1 直接供电方式直接供电方式如图2所示，牵引网由接触网和钢轨组成，具有回路简单、成本低等特点。
但是由于负荷电流经钢轨流入大地，会对通讯线路产生干扰，而且牵引网末端的供电电压比较低。
图2 直接供电方式示意图2 带回流线的直接供电方式带回流线的直接供电方式如图3所示，牵引网由接触网、钢轨和回流线组成。
回流线架设在接触网支柱上，与钢轨并联。
回流线与接触线之间距离尽可能小，从而增加两者之间的互感，使经钢轨回流到牵引变电所的电流多数经过回流线回流到牵引变电所，降低对通信线路的影响。
图3 带回流线的直接供电方式示意图3 BT供电方式BT供电方式如图4所示，相对于带回流线的直接供电方式，增加了吸流变压器。
吸流变压器原边串联接入接触网，次边串联接入回流线。
两个吸流变压器之间通过吸上线将钢轨和回流线连接起来，吸上线为机车电流流向回流线提供了通路。
由于吸流变压器的电磁作用，当吸流变压器原边流过机车电流时，会在副边产生很大的互感电势，迫使流经钢轨的大部分电流经过吸上线流到回流线中，返回牵引变电所，同样可以减小对通讯线路的干扰。
但是安装吸流变压器会使牵引网单位长度阻抗增加，加大供电电压损失和电流损失，而且吸流变压器会造成接触网分段，产生电弧，在高速运行及负荷较大时更为严重。
图4 BT供电方式示意图4 AT供电方式AT供电方式如图5所示，将自耦变压器并联接入接触网、钢轨和正馈线之中。
这种供电方式在接触线与正馈线之间每隔一定距离并联接入一台自耦变压器，中性点与钢轨连结，正馈线与接触悬挂同杆架设。
电力机车由接触线受电后，由于自稱变压器的作用，牵引电流经自耦变压器绕组和正馈线（PF）流回牵引变电所。
由于电流在接触线和正馈线中方向相反，因而可以减小对邻近的通信线路的干扰。
牵引网中保护线（PW）和钢轨（R）并联，同时在AT处实现钢轨、保护线和AT中点的连接。
设置保护线除了可以提高信号轨道电路的工作可靠性，当牵引网发生短路故障时，还可以为短路电流提供一条良好的通路，便于继电保护动作。
有时为了降低钢轨对地电位，需要对保护线和钢轨进行辅助连接（CPW）。
鉴于AT供电方式的优点，我国拟修建的运营时速在300km/h及以上的客运专线将主要采用AT供电方式。
图5 AT供电方式示意图5 CC供电方式CC供电方式如图6所示，这种供电方式是沿铁路线路埋设同轴电力电缆，其内部芯线作为供电线与接触网连接，外部导体作为回流线与钢轨相接，牵引电流和回流几乎全部经由同轴电力电缆中流过，因此对邻近的通讯线路几乎无干扰。
它的特点是阻抗小、供电距离长，但同轴电力电缆造价高、投资大。
图6 CC 供电方式示意图二、电气化铁路电能质量问题电力牵引机车分为直流传动电力机车和交流传动电力机车两类。
直流传动机车采用基于晶闸管功率器件的整流电路进行控制，功率因数低、谐波含量大。
交流传动机车采用基于全控型功率开关器件的脉宽调制技术（PWM ）控制方式，提高了电力机车负荷的功率因数，并有效降低电力机车产生的低次谐波电流，但产生频谱分布较广的少量高次谐波。
电气化铁路牵引网的供电方式为单相供电，无论牵引网采用的是直流驱动电力机车还是交流驱动电力机车，都不可避免地在牵引所高压三相侧产生电流不平衡，向上级电力系统注入负序电流。
因此，直流驱动电力机车的牵引网的电能质量问题主要为负序、无功和谐波；交流驱动电力机车的牵引网的电能质量问题主要为负序。
1 交直电力机车牵引供电网及其电能质量问题我国交直电力机车牵引供电网的牵引变压器从电网110kV 或220kV 取电，一般采用V/v 接线、阻抗匹配平衡变压器、斯科特（Scott ）等牵引变压器将三相电变为两个额定电压为27.5kV 、频率为50Hz 的单相电源给电力机车供电。
韶山4系列（SSIV ）直流机车的电路图如图7所示。
图中，D1～D4为电力二极管，T1～T6为晶闸管。
机车降压变压器将27.5kV 供电臂电压变换为若干段单相电压，其中图7中二次侧电压的数量关系为a1122111122x a x Ua b b x U U U ===。
通过不同的方式控制晶闸管的通断，可分成四个工作段，实现直流侧电压0d U （d U 为整流电路输出的最大直流电压）连续可调，从而实现直流电机的平滑调速控制。
图7 直流机车的电路图由于采用晶闸管控制方式，机车负载产生大量的谐波电流，其中以3次、5次、7次、9次、11次等奇次谐波为主，总电流畸变率高达20%以上。
并且功率因数偏低，约为0.8。
同时，由于单相负荷供电的特性，在三相侧将产生负序电流，图8、图9为机车负载的电流仿真波形。
图8 供电臂侧电流图9 供电臂侧电流频谱2 高速铁路牵引供电网及其电能质量问题由于直流机车在较高速度运行时，功率输出受到限制，满足不了高速、重载铁路运输的要求。
为提高铁路运输能力，缓解交通压力，基于交流传动技术的高速机车应运而生。
高速铁路采用AT（自耦变压器）供电方式，如图10所示，一般采用1:1绕组的自耦变压器，每隔10～15公里在接触网和正馈线之间接入一台，自耦变压器的中性点与钢轨相连。
相对于直接供电方式、BT供电方式等传统供电方式，其优点是利用自耦变压器将牵引网供电电压提高1倍，增大了牵引网输电线路长度，牵引阻抗小，供电臂电压降小。
AT供电方式一般用于重载、高速电气化铁路。
图10 高速铁路AT（自耦变压器）供电方式高速电力牵引机车采用交流异步电机，一般采用交直交四象限脉冲整流方式给交流拖动电机供电，其原理如图11所示。
这种四象限脉冲整流器能使一般情况下负载电流与供电臂电压相位基本一致，功率因数接近1。
同时，大大减小了低次谐波含量，但高频谐波含量丰富，频带较宽。
图12为高速铁路牵引网电力机车负载电流仿真波形。
由于电力机车负荷具有冲击性，电压波动与闪变也伴随其产生。
因高速铁路电力机车的功率大，其产生的负序较普通电气化铁路更为严重。
图11 交流机车交直交整流电路图12 高速铁路牵引网电力机车负载电流三、电气化铁路牵引负荷电能质量特性电气化铁路牵引负荷是波动性很大的大功率单相整流负荷，具有不对称、非线性、波动性和功率大的特点。
它与线路条件、机车类型、牵引重量以及运行状态（如速度、加速度、正常运转、滑行与制动）等多种因素紧密相联，而这些影响因素又具有随机性和日波动性。
1 谐波特性电气化铁路牵引负荷是直接接入高压电力系统的大宗负荷,其产生的谐波直接注入高压电力系统。
牵引负荷与一般负荷的最大区别是它的不对称性和随机波动性，其产生的谐波也区别于一般负荷产生的谐波，具有如下特点：（1）特征谐波不同；（2）谐波初相角分布广泛；（3）谐波幅值随机剧烈波动；（4）谐波电流直接从110kV或220kV电压等级注入电网。
从谐波次数上看，普通电力系统中常含有5次以上的奇次谐波，其中又以5次谐波含量最高。
电气化铁路牵引负荷产生的谐波则不同，直流机车的谐波以3次为主，其余奇次谐波依次衰减，并且不同于普通系统中的缓慢衰减，其衰减速度很快，到15次一般衰减至1%以下，而普通系统中17次谐波的含有率一般高于3.5%。
交直交型的电力机车由于电力电子器件的高频开关，通常含有一定量的高次谐波，而总量较小。
从初相角的分布来看，电气化铁路中的各次谐波分布呈现随机性，而普通系统谐波的初相角更容易掌握，其范围更多是由谐波次数决定。
而电气化负荷的特殊性决定其谐波幅值的变化具有波动性和周期性，谐波电流的峰值持续时间较短，不到半分钟。
由于牵引站与大电网系统通过110kV或者220kV的公共连接点相连，因此谐波电流将通过该点注入并进一步影响到更高或更低的电压等级，从而对电源部分和配电其他支路产生影响，但值得注意的是，不同于大多数从电网末端来的一般电力谐波，电气化铁路的谐波的影响程度会随电压等级的变化逐级减小，从而不会直接影响中、低压等级的电气设备。
电气化铁路的基本负荷电力机车需要通过牵引站与公用电网相连，电能从高压侧传输至低压侧并供给电力机车，而谐波又反过来通过馈电线汇总到站内并注入系统，因此牵引变和接触网都是谐波注入的重要流经途径，其不同的规模参数、接线形式和电压等级都将增加电气化铁路谐波的复杂程度。
2 负序特性电气化铁路牵引负荷是大功率单相整流负荷，当三相电力系统向它供电时，它将向电力系统注入大量的负序电流。
拓扑结构的不对称，是电气化铁路对电网电能质量产生各种不利影响的根本原因，加上单相牵引负荷的独立性和随机波动性，使其返回系统的负序问题十分复杂。
电能由原本公共电网中的三相电通过牵引变电站中的变压器转换为向单相负荷供电，因此牵引变压器的不同接线方式都将引起不同的负序电流，从而造成不同的负序特性，这一特性的衡量与一般电力系统基本相同，均通过电压不平衡度来体现。