電氣化鐵路負(fù)荷特點(diǎn)及電能計(jì)量方式的探討

宋圭衍

摘 要：在供電的過程中容易對(duì)電力系統(tǒng)造成一定的負(fù)面影響，導(dǎo)致電流波形和電壓波形的畸變，產(chǎn)生諧波效應(yīng)，使電能計(jì)量產(chǎn)生一定的誤差。文章首先簡(jiǎn)要介紹了電氣化鐵路，并在此基礎(chǔ)上分析了電氣化鐵路的負(fù)荷特點(diǎn)，闡述了有功電能的計(jì)量方式，并對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較和分析，希望能夠?yàn)殡姎饣F路的進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展提供一些意見，僅供參考。

關(guān)鍵詞：電氣化鐵路；負(fù)荷特點(diǎn)；電能計(jì)量；計(jì)量精度

1 概述

電氣化鐵路的發(fā)展伊始是在1879年，德國柏林建造的世界上第一條電氣化鐵路，為電氣化鐵路的發(fā)展鋪下了基石。我國的電氣化鐵路發(fā)展較晚，第一條電氣化鐵路始建于1961年，這條電氣化鐵路修建在寶雞至鳳州段，被稱為寶成鐵路，這是中國第一條真正意義上的電氣化鐵路，為我國以后電氣化鐵路的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。電氣化鐵路的運(yùn)行方式是以牽引動(dòng)力為電力機(jī)車的，在電力機(jī)車上不設(shè)原動(dòng)機(jī)，其運(yùn)行的電力由鐵路電力供應(yīng)系統(tǒng)來提供。在鐵路電力供應(yīng)系統(tǒng)中，設(shè)置相應(yīng)的接觸網(wǎng)和牽引變電所，以保證對(duì)電氣化鐵路進(jìn)行供電。電氣化鐵路由于其自身的優(yōu)越性，能有最大限度的節(jié)省能源、節(jié)約勞動(dòng)力、降低鐵路運(yùn)輸成本、提升運(yùn)行效率。電氣化鐵路中的電力機(jī)車的供電方式采用的是單相工頻25kV的交流電壓，這種交流電壓非常適合電氣化鐵路的供電使用，在鐵路沿線的牽引變電站中能夠?qū)崿F(xiàn)及時(shí)的給電氣化鐵路進(jìn)行輸送電量，電氣化鐵路的牽引負(fù)荷具有鮮明的特點(diǎn)——波動(dòng)性、沖擊性和非線性，這種鮮明的特點(diǎn)促使電氣化鐵路一般使用單相牽引變壓器，進(jìn)行電網(wǎng)的輸配電，推動(dòng)電氣化鐵路上的電力機(jī)車的運(yùn)行。

2 電氣化鐵路負(fù)荷特點(diǎn)

電氣化鐵路由于其具有特殊性，其在用電上也具有特殊性，電氣化鐵路的牽引變電所的設(shè)置相當(dāng)重要，電氣化鐵路的牽引變電所的負(fù)荷與一般的用電負(fù)荷是不一致的，其采用的是三相不對(duì)稱負(fù)荷，帶有沖擊性和波動(dòng)性。在電氣化鐵路的電力機(jī)車浸過接觸網(wǎng)時(shí)是以如下的順序進(jìn)行的：

電力機(jī)車產(chǎn)生的諧波電流→牽引變電所→電網(wǎng)

因而，電氣化鐵路負(fù)荷具有以下特點(diǎn)：

2.1 單相工頻負(fù)荷

電氣化鐵路的牽引變電所的負(fù)荷是三相不對(duì)稱的單相負(fù)荷，在用電過程中，可以從電力機(jī)車中直接獲取相應(yīng)的功率，在與牽引接觸網(wǎng)相接觸的過程中產(chǎn)生負(fù)序電流進(jìn)入到電網(wǎng)運(yùn)行中，形成負(fù)序電壓。

2.2 單相沖擊負(fù)荷

電氣化鐵路的電力機(jī)車在運(yùn)行的過程中，在受到路況、速度、重量等因素的影響時(shí)，其負(fù)荷也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，這種影響會(huì)形成單相沖擊負(fù)荷，主要是受電力機(jī)車的瞬時(shí)沖擊變化影響的，尤其是急劇的變化的影響更為強(qiáng)烈。

2.3 單相整流負(fù)荷

電氣化鐵路的電力機(jī)車所使用的電力是通過變壓器和整流設(shè)備提供給電力機(jī)車內(nèi)的各個(gè)直流電動(dòng)機(jī)的。諧波電壓是在電氣化鐵路的運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)的，其產(chǎn)生的原因是在進(jìn)行電網(wǎng)吸取基波電流的同時(shí)由于整流的原因而產(chǎn)生的，在整流的過程中由于其會(huì)消耗很多的無功功率，并且受接觸網(wǎng)和電力機(jī)車的變壓器的影響，導(dǎo)致電氣化鐵路牽引負(fù)荷的無功電流較大。

3 有功電能的計(jì)量方式

電氣化鐵路的牽引變電所的電力系統(tǒng)的供電系統(tǒng)主要是110kV的交流電?，F(xiàn)階段主要采用的計(jì)量方式是以在電氣化鐵路的牽引變電所的110kV側(cè)或27.5kV側(cè)安裝計(jì)量設(shè)備為主。

3.1 27.5kV側(cè)計(jì)量

電氣化鐵路的牽引變電所所使用的主變壓器一般為27.5kV側(cè)。在連接上，其C相接地，在使用過程中，牽引電力網(wǎng)以相——地的方式對(duì)電氣化鐵路的電力機(jī)車進(jìn)行供電。因而在牽引變電所主變壓器27.5kV側(cè)采用兩只單相電能表計(jì)量有功電能。電流線圈分別接于A相和B相，電壓線圈上的電壓分別為UAC和UBC

月用電量=（本月抄表數(shù)-上月抄表數(shù)）×倍率+主變損耗（計(jì)算值、大、小月不同）。

3.2 110kV側(cè)計(jì)量

110kV側(cè)的電能計(jì)量最好采用的是多相（三相四線）有功電能表對(duì)電能進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)量的過程中，這種三相四線的電能表比三相三線的電能表的準(zhǔn)確性要高，因?yàn)檫@種表有三個(gè)元件，比三相三線的電能表多一個(gè)元件。

月用電量=（本月抄表數(shù)-上月抄表數(shù)）×倍率。

在110kV側(cè)計(jì)量不需加上人為計(jì)算的變壓器損耗，準(zhǔn)確度顯然要高。

4 計(jì)量數(shù)據(jù)的比較

110kV側(cè)和27.5kV側(cè)的電能表計(jì)量方式中所用的計(jì)量裝置的主要數(shù)據(jù)如表1。

5 主要誤差影響分析

對(duì)電能計(jì)量的方式產(chǎn)生誤差的影響因素有很多，主要有以下幾個(gè)方面：

5.1 電能表精度的影響

一般情況下，單相電能表的精度為2.0級(jí)，其精度比較低、誤差大，而多相電能表（三相四線）的精度為1.0級(jí)，其精度比單相電能表要高，在日常的使用過程中，精度高的電能表對(duì)計(jì)量裝置的計(jì)量準(zhǔn)確性更為有利。

5.2 互感器精度的影響

一般情況下，110kV側(cè)電壓使用的電流互感器的精度為0.5級(jí)，27.5kV側(cè)電壓使用的互感器的精度為0.2級(jí)，相比之下，110kV的電流互感器的精度比較差，導(dǎo)致在計(jì)量時(shí)的計(jì)量準(zhǔn)確性相比之下的誤差比較大。

5.3 變壓器電量損失變化的影響

電氣化鐵路的變壓器在使用的過程中會(huì)產(chǎn)生一定的電量損失，而且電量損失的量也會(huì)隨著負(fù)荷的變化而變化，這種情況會(huì)導(dǎo)致電能的計(jì)量方式會(huì)存在一定的誤差，尤其是電氣化鐵路的負(fù)荷還具有沖擊性的特點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)生諧波電流，進(jìn)而導(dǎo)致變壓器內(nèi)部的電量損耗的增加，這種誤差原因是導(dǎo)致27.5kV側(cè)的電能計(jì)量的準(zhǔn)確性的重要原因之一。

5.4 諧波的影響

相關(guān)的研究表明電流諧波對(duì)電能的計(jì)量方式的影響十分巨大，27.5kV側(cè)和110kV側(cè)的電能計(jì)量方式都受諧波的影響，一般情況下，在電氣化鐵路的容易產(chǎn)生諧波的地方安裝的均為普通的感應(yīng)式的電能表，在鐵路的運(yùn)行過程中，由于受諧波的影響，都會(huì)引起不同程度的電量的損耗。在實(shí)際的使用過程中，一般情況下，裝在110kV側(cè)的電能表受諧波的影響比裝在27.5kV的電能表的影響要小。

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