電氣化鐵路的電能質(zhì)量問(wèn)題及改進(jìn)措施

曲凱乾

摘要：在整個(gè)交通運(yùn)輸系統(tǒng)中有一個(gè)非常重要基礎(chǔ)設(shè)施就是電氣化鐵路，它是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的重要保障。由于電力機(jī)車三級(jí)負(fù)荷分配的非線性、沖突性和不對(duì)稱性，有了一定的電能質(zhì)量問(wèn)題其中就包括諧波、電壓波動(dòng)、閃變和負(fù)序電流等，這就從根本上降低牽引系統(tǒng)本身和整體電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量，進(jìn)而會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的安全和效率產(chǎn)生一定的影響。針對(duì)于這種情況，我們必須要采取非常有效的措施，將電氣化鐵路對(duì)電網(wǎng)的影響降到最低并加以保障供電質(zhì)量，確保整體電路處在一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定可靠的狀態(tài)當(dāng)中。基于此，本文針對(duì)于電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)的探討。

關(guān)鍵詞：電氣化鐵路;主要問(wèn)題;解決措施

引言

電氣化鐵路是對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量造成影響的主要來(lái)源之一，電氣化鐵路的特點(diǎn)是其非線性、波動(dòng)性和不對(duì)稱性，通過(guò)牽引變壓器、異常無(wú)線電波，電網(wǎng)中的三維電壓平衡等會(huì)產(chǎn)生一定的性能質(zhì)量問(wèn)題，它們會(huì)產(chǎn)生諧波和負(fù)序電流注入電力系統(tǒng)，這就表明了我們必須要快速準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)性能質(zhì)量，所以我們要將這項(xiàng)工作重視起來(lái)，以此來(lái)確保整體電力網(wǎng)絡(luò)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)當(dāng)中[1]。

1、電氣化鐵路中存在的電能質(zhì)量問(wèn)題

1.1、負(fù)序分量方面會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成一定的影響

（1） 當(dāng)繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生負(fù)序電壓時(shí)，其性能受損;而異步電動(dòng)機(jī)的正序電壓產(chǎn)生正序電磁力矩形并向上旋轉(zhuǎn);負(fù)電壓產(chǎn)生負(fù)電流和反向旋轉(zhuǎn)的矩形電磁場(chǎng)，負(fù)電壓對(duì)異步發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行有著很不好的影響，而且異步機(jī)電壓負(fù)增長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致負(fù)功率增加和電磁轉(zhuǎn)矩情況的發(fā)生，繞負(fù)序電流進(jìn)行逆時(shí)針的旋轉(zhuǎn)將會(huì)直接影響異步機(jī)的工作效率，進(jìn)而危及其安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至燒壞發(fā)動(dòng)機(jī)，負(fù)序?qū)Ξ惒綑C(jī)性能的影響最為重要發(fā)電機(jī)是轉(zhuǎn)子的附加磨損和熱量，其次是產(chǎn)生降低發(fā)電機(jī)效率的附加振動(dòng)。

（2）繼電保護(hù)裝置往往因?yàn)樨?fù)序電流產(chǎn)生一定的影響：電氣化鐵路采用單級(jí)電力機(jī)車，牽引所采用yn11接線系統(tǒng)，因此每列電力牽引列車給電力系統(tǒng)帶來(lái)兩級(jí)負(fù)荷。雖然牽引變電所是互聯(lián)的，但整個(gè)電動(dòng)客車的三維負(fù)荷仍然不平衡，有時(shí)很小，有時(shí)又很大，整個(gè)能源系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了負(fù)電流，使得負(fù)序電流會(huì)誤導(dǎo)能源系統(tǒng)中由負(fù)序驅(qū)動(dòng)的繼電保護(hù)裝置，如當(dāng)負(fù)序電流長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，傳統(tǒng)的電力保護(hù)系統(tǒng)則會(huì)變?yōu)殚]合狀態(tài)，在一段時(shí)間內(nèi)從被保護(hù)的快速動(dòng)作中恢復(fù)電力保護(hù)繼而退出運(yùn)行狀態(tài)，如果電氣化鐵路的負(fù)電流起解鎖作用，系統(tǒng)此時(shí)發(fā)生振動(dòng)，可能會(huì)使該系統(tǒng)的保護(hù)距離出現(xiàn)誤差，產(chǎn)生跳閘等等現(xiàn)象，從而消除負(fù)序電流的一些影響，進(jìn)而可以增加繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性[2]。

1.2、電力系統(tǒng)中諧波電流也會(huì)產(chǎn)生一定的影響

（1） 同步發(fā)電機(jī)可能會(huì)受到的一些影響：諧波對(duì)同步發(fā)電機(jī)的主要影響是產(chǎn)生發(fā)熱以及熱量的進(jìn)一步損失，其次是振動(dòng)引起的張力，可能會(huì)增加噪音和諧波：諧波電流進(jìn)入發(fā)電機(jī)池產(chǎn)生的磁場(chǎng)允許檢測(cè)線圈組中的諧波電流。由于集膚效應(yīng)的廣泛作用，電流只在每個(gè)轉(zhuǎn)子的部件表面產(chǎn)生流動(dòng)，而阻尼繞組、槽楔、齒等等非常容易受到影響。定子繞組的諧波流動(dòng)也具有一定的集膚效應(yīng)。大型諧波渦流和漏磁會(huì)發(fā)生一定的集中，而使隱極機(jī)定子中的很多部件嚴(yán)重升溫，其中包括槽楔、端蓋都會(huì)成為運(yùn)行的邊界條件。如果發(fā)電機(jī)的諧波電流接近其部件的固有振動(dòng)頻率，就會(huì)引起發(fā)電機(jī)的強(qiáng)烈機(jī)械振動(dòng)。

（2） 對(duì)變壓器產(chǎn)生的一些影響，變壓器本身不僅是諧波源，同時(shí)也是其他諧波源在傳送過(guò)程中的核心關(guān)鍵部分，變壓器勵(lì)磁電流中的諧波含量在正常情況下不會(huì)導(dǎo)致鐵心損耗和發(fā)熱的增加，但在諧振條件下會(huì)損壞變壓器，對(duì)于全星接地的變壓器，當(dāng)繞組中性點(diǎn)接地的同時(shí)網(wǎng)內(nèi)分布電容也非常大，會(huì)形成接近次諧波的諧振狀態(tài)。

2、相關(guān)的改進(jìn)措施與方案

2.1、一般我們經(jīng)常使用輪流換相接入的方法

系統(tǒng)變電站與牽引變電站的比例往往是一比三，我們需要將原邊輪換接入電力系統(tǒng)連當(dāng)中。三個(gè)牽引變電站負(fù)荷必須要處于一個(gè)完全平衡的狀態(tài)當(dāng)中，那么它可能會(huì)被對(duì)稱負(fù)載的對(duì)應(yīng)方。實(shí)際上波動(dòng)性和隨機(jī)分散性將會(huì)一直存在于電氣化鐵路負(fù)荷當(dāng)中，所以三相負(fù)荷不可能完全處于對(duì)稱的狀態(tài)當(dāng)中，我們必須要輸入一定數(shù)量的負(fù)序電流進(jìn)入電力性能系統(tǒng)，但是往往根據(jù)具體理論分析和實(shí)踐表明，完全換相可將注入系統(tǒng)的負(fù)電流降低到百分之六十九左右[3]。

2.2、必須要使用相關(guān)的補(bǔ)償裝置減少影響

要想解決三相不平衡的狀態(tài)我們必須要從抑制諧波、降低電壓波動(dòng)和閃變這三個(gè)方面來(lái)入手，現(xiàn)在已經(jīng)有多種選擇裝置，其中就包括先進(jìn)的無(wú)源濾波器、靜態(tài)零故障補(bǔ)償（SVC），這些裝置允許對(duì)維持非線性負(fù)載穩(wěn)定性和沖擊點(diǎn)系統(tǒng)電壓水平來(lái)說(shuō)是必需的不可用功率，我們需要隨時(shí)來(lái)進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，還可以使用由電容器、電抗電阻系統(tǒng)、分塊裝置等非有源元件組成的非有源濾波器，這些濾波器與動(dòng)態(tài)控制電抗器配合使用，起到補(bǔ)償無(wú)功補(bǔ)償誤差的作用，進(jìn)而還可以改善功率，消除高次諧波的一些影響。

2.3、對(duì)交流傳動(dòng)機(jī)車要有相應(yīng)的改進(jìn)措施

用交直型號(hào)的高速動(dòng)車來(lái)進(jìn)一步代替現(xiàn)有的電力機(jī)車，可以從某種程度上有效的提高功率系數(shù)。根據(jù)電力系統(tǒng)的輪流換相，我們可以對(duì)列車的運(yùn)行圖進(jìn)行合理調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)以下三相平衡的主要目標(biāo)，以此來(lái)達(dá)到最大負(fù)載平衡，在一定程度上減少電氣輸入系統(tǒng)的負(fù)序電流，并優(yōu)化自動(dòng)過(guò)載裝置的控制管理工作，以減少一些不必要的沖擊。所以我們必須要重視每一個(gè)工作環(huán)節(jié)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)的改進(jìn)和優(yōu)化，只有這樣才能保證整個(gè)系統(tǒng)的處于正常運(yùn)行的狀態(tài)當(dāng)中。

結(jié)束語(yǔ)

電氣化鐵路一旦出現(xiàn)問(wèn)題將會(huì)對(duì)對(duì)交通運(yùn)輸構(gòu)成重大威脅，嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及到很多人的生命，由于供電系統(tǒng)各階段供、用電范圍非常廣泛，所以我們往往需要采取綜合性的管理方式，以此來(lái)最大程度的避免電網(wǎng)及其用戶造成一定的嚴(yán)重?fù)p害。有許多區(qū)域的符合非常密集且貨物較重，隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，針對(duì)現(xiàn)有電氣化鐵路所存在的各類電能質(zhì)量問(wèn)題，我們需要提出很多種解決措施，提前對(duì)可能出現(xiàn)的事故問(wèn)題做好相關(guān)的預(yù)案措施，以此來(lái)保證當(dāng)問(wèn)題發(fā)生時(shí)我們可以第一時(shí)間的去解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]高鵬，房俊，韓燕波，王嘉怡.電氣化鐵路電能質(zhì)量趨勢(shì)分析預(yù)測(cè)方法[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2019，47（06）：1521-1527.

[2]許倩.鐵路功率調(diào)節(jié)器容量?jī)?yōu)化配置研究[D].湘潭大學(xué)，2019.

[3]楊維民.鐵路功率調(diào)節(jié)器電能質(zhì)量?jī)?yōu)化研究[D].湘潭大學(xué)，2019.