铁道牵引供电的问题与对策范文

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1.铁道牵引供电系统存在的问题

1.1谐波电流与无功功率问题

铁道牵引供电系统是一个感性负载，它在运行过程中会随时因为所变压器及牵引机等电力设备的非线性关系导致谐波产生。奇次谐波的产生会对铁路的安全运行产生重要影响，对于供电系统会产生严重影响。谐波电流对于供电系统的影响主要体现在三个方面：一是给电力网设备带来的影响。谐波电流，特别是无功功率的产生会增加线路的损耗，材料的热度，最终影响到材料的使用寿命。材料使用寿命的降低会增加维护成本、降低利用率。二是谐波产生会导致牵引变电站负载能力变低。在变电站周围常会由于谐波电流和无功功率的产生导致变电站电容器不能正常工作，最终影响到变电站的荷载能力。在铁路供电系统中，继电保护装置是维持系统正常运行的重要设备，是保证铁路安全运行的重要保障。我们说的第三个影响就是谐波电流对于继电保护装置的影响，由于高次谐波的产生，继电保护装置会受到严重影响，它不能正常运作最终会给铁路的安全运行带来严重威胁。这个问题是铁路运输中的关键问题。

1.2负序电流问题

除上述的谐波电流和无功功率的问题外，铁道牵引供电系统中另外一个非常重要的问题是负序电流的产生，从而导致一系列问题的产生。负序电流会对铁路牵引供电系统的正常运行带来巨大影响，主要体现在以下几个方面：一是它会产生无功功率。无功功率对于铁路安全运行的影响上文已经详细论述过，这里不再多提。二是因为负序电流的出现，变电器的输出功率会大为下降。从而最终降低供电系统的运行效率。三是部分设备和线路因为负序电流的产生，从而出现加热的现象，这种现象的出现会严重损耗设备材料的使用寿命，最终增加系统的维护成本。四是输电能力会降低，负序电流在经过电力系统时不仅会，系统的输电功能得不到完全发挥，同时负序电流还占用了输电线路的大量容量，这会严重降低供电系统的输电能力。最终降低系统的运行效率。继电器的误动作是由多种因素导致的，其中不仅包括谐波电流和无功功率，还包括了负序电流的影响，继电器保护装置设备对于供电系统的意义不言自明。负序电流会最终影响铁路的安全运行。以上所论述的三个问题，是铁路牵引供电系统中最主要的三个问题。解决好这三个问题是提高供电效率，保证铁路安全运行的关键。

2.应对措施

2.1无功功率和谐波电流的对策

对于铁路电车中存在的各种谐波电流和无功功率问题，解决办法有多种，笔者认为在选择时应选择投资成本低、应用效果好的措施。一是通过更新电车的性能，电车性能的好坏是谐波电流产生与否的重要影响因素。目前，我国和谐号动车组8节、16节编组的功率分别是5500KW和11000KW。根据沿海铁路近年的运营情况看，其功率因数已高达0.98以上，即避免了国家电网公司对功率因数的处罚，又提高了电气化铁路对电能的利用率，很好的解决了以往电车无功过高的问题。除尽量选择性能好的机电设备，另一方面在平时设备维护过程中，要及时更换陈旧设备。性能好的机电设备可以有效降低谐波电流的产生，从而降低谐波电流对于系统的影响。另外还可以在机电车上安装功率矫正装置，发现无功功率可以自动校正。这是提高效率的关键措施。二是可以通过各种手段来进行补偿。在供电系统中，常运用的补偿方法是运用电车上的无源或者有源或者两者相结合的方式来对其进行补偿。另外并联电容的应用也可以有效补偿无功功率。

2.2负序电流的解决对策

负序电流对于铁路的安全运行影响也是最大的。在经过多年的研究后，人们在负序电流的解决上，积累了宝贵经验。主要是以下两个方面：一是要采用大容量的电源。负序电流产生的影响主要是由于系统自身不能承受巨大的不平衡电流导致的。采用高压，大容量的电源，既是要避免负序电流的产生较为严重的影响，又是在提高系统自身的性能。另外一种方式就是变压器的改善。我们可以通过使用单相、三相V/V结线，斯科特结线，平衡结线变压器等多种形式的牵引变压器来实现负序电流的解决。负序电流的产生主要还是因为三相不平衡造成的，当我们采用这些变压器的时候如果变压器两端的负荷平衡，最终成功降低负序电流的产生。在利用这种方式消除负序电流的时候，我们必须要注意两供电臂的状态对负序电流的影响：当两供电臂平衡时，单相、三相V/V结线等牵引变压器负序功率为正常的百分之五十；斯科特结线，平衡结线变压器负序功率为0。当两供电臂不平衡时，各结线形式的牵引变压器负序功率均是百分之百。这将是未来我们研究的新课题。还有一种方式是通过相邻牵引变电所的牵引变压器原边换接相序，合理的安排接触网分段及相序，来平衡三相电系统中的负序电流问题。

2.3三相不平衡问题的解决对策

在铁道牵引供电系统中，常常会产生三相不平衡的问题，上文提到的负序电流问题，最终和三相不平衡是有密切关系的。对于三相不平衡的问题，主要是采用新兴的相序轮换技术。与传统的相邻所换相技术相比，相序轮换技术效果更好，更完善。相序轮换技术的主旨是实现各相之间所承受的负载和功率的和相等最终实现三相之间的平衡。这种技术是新兴技术，虽然发展迅猛，但是由于自身还有难题并为克服，同时限于资金的因素，导致一直停留于纸面上，并没有在实际上予以大力推广。值得我们注意的是，德国目前使用的自成系统单相供电模式，这对目前大规模发展电气化铁路的我国提供了一个新的思路，是否利用专用供电系统解决电气化铁路存在的部分电能污染，并加以有针对性的解决，这应该说是我们今后研究的重点方向。铁路牵引供电系统是铁路电气化的重要组成部分。在供电系统的运行过程中，针对上文提出的一系列问题，来专门想对策并最终解决上述问题，是铁路工作者必须要考虑的课题。

作者：李罡单位：沿海铁路浙江有限公司