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        電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)序影響和治理措施的分析

        2011-05-24 10:32:04程翠微
        關(guān)鍵詞:電氣化鐵路技術(shù)負(fù)序

        李 冬 程翠微 萬 里

        (1、西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,四川 成都 610031;2、成都電業(yè)局,四川 成都 610061)

        當(dāng)牽引負(fù)荷在電力系統(tǒng)中造成負(fù)序時(shí),由于兩供電臂的牽引負(fù)荷都是隨機(jī)的,而且具有獨(dú)立性,所以就算采用三相—兩相平衡接線,仍然會(huì)有剩余的隨機(jī)波動(dòng)的負(fù)序電流,沒有被平衡掉,從而進(jìn)入電力系統(tǒng),在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生一些不良的影響。隨著電力系統(tǒng)容量不斷增大,負(fù)序?qū)Πl(fā)電機(jī)和電網(wǎng)安全運(yùn)行產(chǎn)生威脅的可能性越來越小,不過在電力系統(tǒng)容量相對(duì)薄弱的區(qū)段,或者在既有電氣化線路上開行重載列車時(shí),或者電力系統(tǒng)按照最小運(yùn)行方式供電時(shí),負(fù)序問題仍然存在,應(yīng)該受到足夠的重視。另外,盡最大可能降低負(fù)序,也有利于電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和電能質(zhì)量的提高。

        1、電氣化鐵路負(fù)序?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的影響

        (1)對(duì)同步發(fā)電機(jī)的影響:考慮到發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行,其每相電流都不應(yīng)該超過額定值,而牽引負(fù)荷引起了發(fā)電機(jī)不對(duì)稱運(yùn)行,所以限制了發(fā)電機(jī)的出力;當(dāng)負(fù)序電流流過發(fā)電機(jī)時(shí),會(huì)產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),同時(shí)產(chǎn)生負(fù)序同步轉(zhuǎn)矩,從而使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生附加的振動(dòng),長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)將會(huì)引起發(fā)電機(jī)的金屬疲勞和機(jī)械損壞;由于漏磁通和定子槽內(nèi)導(dǎo)線電流的肌膚效應(yīng),會(huì)引起定子繞組的銅附加損耗;負(fù)序電流會(huì)引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子溫升,而且比定子的溫升大,局部會(huì)產(chǎn)生高溫,使轉(zhuǎn)子受損。

        (2)對(duì)異步發(fā)電機(jī)的影響:負(fù)序電流會(huì)在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩,逆轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩較大時(shí),會(huì)降低其運(yùn)行效率。

        (3)對(duì)繼電保護(hù)的影響:導(dǎo)致母線差動(dòng)保護(hù)負(fù)序電壓閉鎖元件發(fā)生誤動(dòng);變電站主變壓器的復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過電流保護(hù)裝置的負(fù)序電壓?jiǎn)?dòng)元件誤動(dòng);發(fā)電機(jī)的負(fù)序電流保護(hù)誤動(dòng);線路相差高頻保護(hù)誤動(dòng)[1]。

        (4)對(duì)電力變壓器的影響:負(fù)序電流會(huì)導(dǎo)致變壓器的額定出力不足。

        (5)對(duì)輸電線路的影響:負(fù)序電流會(huì)降低電力線路的輸送電能的能力。

        2、電氣化鐵路負(fù)序的治理措施

        (1)牽引變電所輪流換相聯(lián)接牽引變電所輪流換相連接的示意圖,如圖1所

        圖1 單相牽引變電所換相連接示意圖示[2]。

        牽引變電所SS1、SS2、SS3分別接入三相電力系統(tǒng)中的CA相、AB相和BC相,接觸網(wǎng)對(duì)地的電壓分別為 Uca、Uab、Ubc。三個(gè)牽引變電所的輪流換相連接構(gòu)成一個(gè)循環(huán),從牽引變電所SS4處,開始下一個(gè)循環(huán)。由于牽引負(fù)荷的不對(duì)稱性,即使換相接入,三相的負(fù)荷也不可能達(dá)到完全的對(duì)稱,所有還會(huì)有一定量的負(fù)序電流注入電力系統(tǒng)。如果牽引變電所,采用完整的輪流換相接入電力系統(tǒng),則注入電力系統(tǒng)的負(fù)序電流可減少70%左右。

        (2)增加電力系統(tǒng)短路容量

        由于負(fù)序?qū)ο到y(tǒng)電壓不對(duì)稱的影響和系統(tǒng)短路容量的關(guān)系,為反比關(guān)系。所以,將供電電壓等級(jí)由110kV改為220kV,這樣電網(wǎng)的供電能力就會(huì)提高,負(fù)序電流問題就能夠得到緩解,能夠達(dá)到國(guó)標(biāo)的要求[3]。

        (3)采用SVC補(bǔ)償

        當(dāng)采用分相控制SVC時(shí),不僅能夠解決電氣化鐵路負(fù)序的補(bǔ)償問題,而且能濾除高次諧波。靜止補(bǔ)償器優(yōu)點(diǎn)在于它能保持結(jié)點(diǎn)電壓不發(fā)生變化,通過連續(xù)地調(diào)節(jié)向負(fù)荷提供無功功率,維持系統(tǒng)無功平衡[4]。

        (4)采用STATCOM補(bǔ)償

        相對(duì)于SVC,STATCOM具有以下優(yōu)點(diǎn):速度更快、負(fù)荷率適應(yīng)性較好、工作效率高、輸出的諧波含量小[5]。當(dāng)STATCOM是兩相結(jié)構(gòu)時(shí),它可以實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的四象限控制,在對(duì)牽引變電所兩供電臂無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí),可調(diào)節(jié)其兩供電臂的有功潮流,實(shí)現(xiàn)牽引負(fù)荷的動(dòng)態(tài)平衡。采用STATCOM補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)在于價(jià)格較為昂貴。

        [1]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):33-36.

        [2]譚秀炳.交流電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2007.

        [3]萬慶祝.牽引供電系統(tǒng)負(fù)序問題研究[D]清華大學(xué)博士論文,2008.

        [4]田旭東,宋志剛,劉雙全.高速鐵路供電負(fù)序問題的分析和治理對(duì)策[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督,2008,36(5):36-39.

        [5]電気學(xué)會(huì).靜止形無効電力補(bǔ)償裝置の省エネルギー技術(shù)調(diào)査専門委員會(huì).靜止形無効電力補(bǔ)償裝置の省エネルギー技術(shù).日本東京:電気學(xué)會(huì)技術(shù)報(bào)告第973號(hào).2006.

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