电气化铁路电能质量

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。

高速电气化铁路对电力系统运行的影响作者：宋莹来源：《经营管理者·上旬刊》2016年第12期摘要：高速电气化铁路作为一种高效便捷的交通方式已被全世界各个国家所广泛采用，我国在近些年在高铁发展上有了令人瞩目的成绩，但由于其特殊的供电方式及谐波含量丰富，使得电气化铁路对电力系统中的电网运行有着较大的影响，本文通过分析高铁接触网的三个特点并结合国外的运行经验提出相应的解决方法。

关键词：电力系统接触网谐波功率因数负序功率电气化铁路具有速度快、运输能力强、供电距离长、节约能源与造价、牵引性能好等优点，因而具有广阔的发展前景，是世界以及我国铁路发展的方向，广泛地应用于铁路运输之中。

2010年全国铁路营业里程达到9万公里以上，电气化率均达到45%以上。

根据国务院批准的《中长期铁路网规划》，到2020年，我国铁路总里程将达到10万公里，其中电气化5万公里，主要干线铁路将实现电气化。

铁路电气化率约为50%，承担80%以上的运量。

其中，将建成以京沪、京广、京哈、沪涌深及徐兰、杭长、青太及沪汉蓉“四纵四横”客运专线（高速铁路）1.2万公里，客货混跑快速线路2万公里，形成我国铁路快速客运网，但由于其特殊的供电方式及谐波含量丰富对电力系统运行也有着非常严重的影响。

一、接触网对电力系统的影响目前我国高速电气化铁路采用的牵引制式是国际上较为先进的单相工频交流牵引方式。

单相牵引负荷是一种不对称负荷，接入电力系统运行时容易产生对称的负序电流和电压分量，其负序功率较大，负序电流会给电力系统运行带来很多不利的影响，如会使得电机的定子绕组过热，较大的负序分量会使得电力系统的继电保护装置动作从而切断电源造成损失。

电力机车大多采用的是全波整流的供电方式，假设平波电抗器有无限大的电感，于此同时整流变压器的线圈又无漏磁通，则其应从电网中所取用的原边电流波形应是方波，通过傅氏变换可将电流方波分解为N次谐波，故谐波含量比较丰富。

电力系统中的无功补偿方式主要是采用并联电容器组，当谐波电流叠加到电容器的基波电流上时，便会使得电容器上的有效值增大，并使得电容器本身的温度升高，甚至过热而影响到电容器的使用寿命，同时由于谐波电压的叠加可能导致电容器内部发生局部放电，使得电容器损坏，除此之外并联电容器对谐波电流还有放大的作用，装设电容器之后，系统谐波阻抗发生了变化，对于系统负荷来说既可为感性也可为容性，在特定谐波的作用下，并联电容器可能与系统发生并联谐振，使等效谐波阻抗达到最大值，这样就会使得电力系统中无功补偿的效率很低。

– 33 –《装备维修技术》2020年第3期（总第177期）doi:10.16648/ki.1005-2917.2020.03.026电气化铁路的电能质量问题及改进措施曲凯乾（青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司，山东 青岛　266000）摘要： 在整个交通运输系统中有一个非常重要基础设施就是电气化铁路，它是国民经济发展和社会进步的重要保障。

由于电力机车三级负荷分配的非线性、冲突性和不对称性，有了一定的电能质量问题其中就包括谐波、电压波动、闪变和负序电流等，这就从根本上降低牵引系统本身和整体电力系统的供电质量，进而会对电力系统的安全和效率产生一定的影响。

针对于这种情况，我们必须要采取非常有效的措施，将电气化铁路对电网的影响降到最低并加以保障供电质量，确保整体电路处在一个运行稳定可靠的状态当中。

基于此，本文针对于电能质量问题进行了相关的探讨。

关键词： 电气化铁路；主要问题；解决措施引言电气化铁路是对电网运行质量造成影响的主要来源之一，电气化铁路的特点是其非线性、波动性和不对称性，通过牵引变压器、异常无线电波，电网中的三维电压平衡等会产生一定的性能质量问题，它们会产生谐波和负序电流注入电力系统，这就表明了我们必须要快速准确地预测性能质量，所以我们要将这项工作重视起来，以此来确保整体电力网络处于稳定运行状态当中[1]。

1. 电气化铁路中存在的电能质量问题1.1 负序分量方面会对电网造成一定的影响（1）当继电保护装置产生负序电压时，其性能受损；而异步电动机的正序电压产生正序电磁力矩形并向上旋转；负电压产生负电流和反向旋转的矩形电磁场，负电压对异步发动机的运行有着很不好的影响，而且异步机电压负增长会导致负功率增加和电磁转矩情况的发生，绕负序电流进行逆时针的旋转将会直接影响异步机的工作效率，进而危及其安全运行，严重时甚至烧坏发动机，负序对异步机性能的影响最为重要发电机是转子的附加磨损和热量，其次是产生降低发电机效率的附加振动。

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。

电气化铁路对电力系统的影响分析摘要进入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壞或者其他故障，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。

单相电流产生的谐波，如果频率高，则会发生电力系统谐波共振，有的时候还甚至会放大谐波，很大程度上会增加谐波网损。