探討電氣化鐵路雙邊供電對(duì)電力系統(tǒng)的影響

【摘 要】目前，隨著我國(guó)科技一體化進(jìn)程的加快，我國(guó)鐵路運(yùn)輸事業(yè)也在迅猛發(fā)展中，其中鐵路電氣化的應(yīng)用就為我國(guó)交通運(yùn)力帶來了極大的作用。本文主要論述了電氣化鐵路雙邊供電方式及其對(duì)電力系統(tǒng)的影響，為我國(guó)鐵路運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持及理論指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】電氣化鐵路；雙邊供電方式；電力系統(tǒng)；影響

目前，在我國(guó)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的帶動(dòng)下，我國(guó)鐵路供電方式也由單邊的轉(zhuǎn)向雙邊的供電方式。與單邊供電方式相比，雙邊供電方式具有自身的優(yōu)點(diǎn)，由于鐵路采用雙邊供電，在很大程度上就會(huì)減少各相的電分相，而電分相的降低不僅有利于列車的高速行駛，而且還提高了供電系統(tǒng)的供電能力及供電安全性。此外，雙邊供電還能減少工程投資以及提高列車的運(yùn)行效率，從而擴(kuò)大我國(guó)鐵路運(yùn)輸?shù)哪芰Α⑷萘?，增?qiáng)供電的安全性。且電氣化鐵路如果選用雙邊供電，還能提高供電系統(tǒng)的牽引網(wǎng)電壓，盡可能大的減少供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)的能量損耗，從而減少在舊線路改造以及新線路建設(shè)上的過多投資，減少投資成本，為電氣化鐵路的快速建設(shè)及發(fā)展增添一力。

1. 電氣化鐵路雙邊供電

電氣化鐵路供電系統(tǒng)雙邊供電方式主要是指在電氣化鐵路供電系統(tǒng)中，將相鄰的兩個(gè)變電所在同一時(shí)刻下向電力機(jī)車同時(shí)供電的一種方式。雙邊供電的實(shí)質(zhì)就是在電氣上將供電系統(tǒng)兩個(gè)相鄰的變電所中的接觸網(wǎng)連通。在這樣的情況下，電力系統(tǒng)就會(huì)形成許多個(gè)環(huán)網(wǎng)，且平衡電流就會(huì)從電氣化供電系統(tǒng)中的接觸網(wǎng)上流過。一般在沒有電氣化鐵路供電系統(tǒng)中出現(xiàn)的牽引負(fù)荷下，由于接觸網(wǎng)具有極大的阻抗，其平衡電流就會(huì)顯得很小，因此，采用雙邊供電方式基本上不會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響。只有當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生一定故障時(shí)，由于雙邊供電方式中產(chǎn)生的平衡電流的存在，便會(huì)分流故障電流，其對(duì)電力系統(tǒng)的影響就會(huì)變得復(fù)雜。與鐵路牽引供電系統(tǒng)相比較，電氣化鐵路雙邊供電系統(tǒng)不是采用直接供電的方式，其供電的結(jié)構(gòu)較為，它是將鐵路牽引供電系統(tǒng)當(dāng)成一個(gè)整體，因此，不同的供電方式會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生不同的影響。本文主要從以下幾個(gè)方面分別討論了雙邊供電方式應(yīng)用對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，其主要表現(xiàn)在。

2．電氣化鐵路雙邊供電對(duì)電力系統(tǒng)的影響

2.1 雙邊供電對(duì)負(fù)序電流的影響

對(duì)于電氣化鐵路供電系統(tǒng)中的三相電力系統(tǒng)來說，由于電力系統(tǒng)中牽引負(fù)荷所具有自身不對(duì)稱性等特征，往往便會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電流。而一旦產(chǎn)生負(fù)序電流時(shí)，由于供電系統(tǒng)中供電臂產(chǎn)生的具有獨(dú)立性的隨機(jī)負(fù)荷，因此，即使供電系統(tǒng)采用三相一兩相的平衡接線方式，在一一定程度上，由于不能完全平衡掉接線中產(chǎn)生的負(fù)序電流，故最后仍然會(huì)有剩余或其他的負(fù)序電流產(chǎn)生。且這些負(fù)序電流一旦進(jìn)入到鐵路供電系統(tǒng)中，便會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成諸多不良的影響。隨著電氣化鐵路發(fā)展的要求，其電力系統(tǒng)的容量也在不斷增大中，盡管負(fù)序電流對(duì)供電系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)及電網(wǎng)的安全會(huì)產(chǎn)生越來越小的可能性，但是在電力系統(tǒng)的區(qū)段中，總會(huì)存在薄弱的環(huán)節(jié)，例如：在原有的電氣化線路上又重新加開列車；電力系統(tǒng)采用最小的運(yùn)行方式進(jìn)行供電等等。上述問題的存在仍然會(huì)導(dǎo)致負(fù)序電流的產(chǎn)生，必須引起相關(guān)部門的高度關(guān)注和重視。盡可能的降低電力系統(tǒng)中存在的負(fù)序電流，不僅有利于提高鐵路電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，也為電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量的提高以及機(jī)車的安全運(yùn)行提供了有力的保障[1]。

2.2 雙邊供電對(duì)同步（異步）發(fā)電機(jī)的影響

考慮到同步（異步）發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行，在其正常運(yùn)行的過程中，每個(gè)區(qū)域的各相電流都應(yīng)該處于額定值范圍內(nèi)，一旦供電系統(tǒng)的牽引負(fù)荷產(chǎn)生，就會(huì)導(dǎo)致同步（異步）發(fā)電機(jī)在運(yùn)行上的不對(duì)稱，從而也就限制了同步（異步）發(fā)電機(jī)的輸出力。當(dāng)供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的負(fù)序電流流過同步（異步）發(fā)電機(jī)時(shí)，便會(huì)在周圍產(chǎn)生一個(gè)負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以及負(fù)序同步轉(zhuǎn)矩，這兩者的產(chǎn)生會(huì)使同步（異步）發(fā)電機(jī)產(chǎn)生額外的振動(dòng)。振動(dòng)的產(chǎn)生不僅會(huì)損壞同步（異步）發(fā)電機(jī)的部件，而且也會(huì)導(dǎo)致同步（異步）發(fā)電機(jī)的工作效率。雙邊供電方式下產(chǎn)生的負(fù)序電流，不僅能導(dǎo)致同步（異步）發(fā)電機(jī)溫度的升高，而且還會(huì)使發(fā)電機(jī)某些部位局部引起高溫，使發(fā)電機(jī)部件受到損壞。

2.3 雙邊供電對(duì)繼電保護(hù)的影響

電氣化鐵路采用雙邊供電方式，盡管電氣化鐵路運(yùn)輸帶來了諸多便利，但在一定程度上，也給電力系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的繼電保護(hù)帶來了挑戰(zhàn)。雙邊供電方式的選擇，會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)中母線的差動(dòng)保護(hù)中的負(fù)序電壓閉鎖元件會(huì)發(fā)生一定的誤動(dòng)，例如：發(fā)電機(jī)中存在的負(fù)序電流保護(hù)會(huì)發(fā)生誤動(dòng)；新舊線路的相差高頻率保護(hù)出現(xiàn)誤動(dòng)等等。誤動(dòng)的產(chǎn)生不僅會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出現(xiàn)無故障的工作，浪費(fèi)資源，而且誤動(dòng)的頻繁發(fā)生，在很大程度上給機(jī)器造成一定的損耗，影響機(jī)器的工作效率。并且在出現(xiàn)諧振或者諧波電流的情況下，還會(huì)導(dǎo)致機(jī)器的電流過量、電壓過高、負(fù)荷過大以及溫度過高等現(xiàn)象，這樣不僅會(huì)對(duì)機(jī)器的電容器造成很大的損耗，也會(huì)影響無功補(bǔ)償裝置的正常運(yùn)行，發(fā)揮不了無功補(bǔ)償裝置的功能。

2.4 雙邊供電對(duì)電力變壓器及輸電線路的影響

雙邊供電對(duì)鐵路供電系統(tǒng)中的電力變壓器以及輸電線路造成一定的影響。在電力變壓器的繞組之中，出現(xiàn)的諧波電流會(huì)對(duì)電力變壓器產(chǎn)生巨大的損耗，不僅會(huì)引起電力變壓器的局部升溫，而且還會(huì)加速電力變壓器的老化，在很大程度上縮短電力變壓器的使用年限。并且由于諧波電流的存在，還會(huì)導(dǎo)致對(duì)電網(wǎng)的損耗增加，一旦電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的諧振或者諧波電流過大，那么電力網(wǎng)受到的損耗就會(huì)加倍[2]。

隨著鐵路電氣化程度的越來越高，人們?cè)谧非筚|(zhì)量的同時(shí)，也對(duì)列車的安全性能提出了較高的要求。較之單邊供電方式而言，雙邊供電系統(tǒng)不僅能擴(kuò)大我國(guó)鐵路運(yùn)輸能力及容量，而且提高電氣化鐵路運(yùn)行的安全性。盡管雙邊供電方式對(duì)電力系統(tǒng)帶來了諸多的便利，但是，雙邊供電系統(tǒng)對(duì)之造成的影響也越來越大，也不可忽視，應(yīng)該引起相關(guān)部門人員的高度關(guān)注和重視。

參考文獻(xiàn)

[1]李冬.電氣化鐵路雙邊供電對(duì)電力系統(tǒng)的影響分析[J].碩士研究生論文，2011， 5 :1-69.

[2] 盧志海，厲吉文，周劍.電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)的影響[J].繼電器，2004，32(11): 34-46.