摘 要：電力鐵路運輸?shù)囊?guī)模不斷擴大是交通運輸業(yè)向前發(fā)展的趨勢，但是在發(fā)展過程中鐵路電能質(zhì)量技術(shù)問題制約著它的前進步伐。本文主要探討了電氣化鐵路電能質(zhì)量的常見問題，并針對相關(guān)問題的治理對策進行了研究。

關(guān)鍵詞：電氣化鐵路；電能質(zhì)量；問題；

中圖分類號：U224 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-08-00-01

高效的鐵路運輸能力能促進我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，隨著現(xiàn)代化腳步不斷加快，提高電氣化鐵路的技術(shù)水平勢在必行。綜合治理鐵路電能質(zhì)量問題不僅利于電氣化機車的安全快速運行，同時也能降低對資源的燃耗，實現(xiàn)資源的合理化配置。目前我國鐵路電氣化率已達到32%，并且他們承擔(dān)著全路50%的貨運量，我國電氣化鐵路總路程也已達25000公里以上，位居世界第二。據(jù)國家規(guī)劃局統(tǒng)計，到2020年，我國的電氣化鐵路路程將會突破5萬公里，屆時電力鐵路的路程會占據(jù)總路程的一半以上，并且承擔(dān)的運輸量達到85%以上[1]。

一、電氣化鐵路電能質(zhì)量問題

電力機車的運行加大了電網(wǎng)的負荷，因此會造成很多的質(zhì)量問題，同時對電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定也有損害，這些都給電網(wǎng)系統(tǒng)供電用戶造成了嚴重的危害。根據(jù)電氣化鐵路的特點分析可以得出影響電能質(zhì)量的原因主要有電力機車的波動性和沖擊性強、三相不平衡、以及諧波電流過高[2]。

（一）電力機車的波動性比較大的相關(guān)因素主要有鐵路的符合狀況、線路的情況、電力機車的類型以及機車行駛的速度，另外還會與機車的牽引重量和運行圖。上述因素運行狀態(tài)的時間和空間分布不均勻都會使得牽引負荷力量的不平衡，這樣的電力負荷的不平衡會給電力系統(tǒng)造成很大的破壞，同樣在質(zhì)量綜合治理中難度也很大。

在我國，因為電力機車數(shù)量比較龐大，因此我國電氣化鐵路牽引變電站的容量也比較大，在設(shè)計時容量達到90M VA。另外根據(jù)長遠發(fā)展計劃，針對高速專線的牽引變電站電容量規(guī)劃達到140M VA，并且在很多電氣化鐵路的牽引變電站容量設(shè)計，都是根據(jù)完全超容量的情況制定的，所以在電力牽引變電站最高負荷值可以達到180—240M VA。這樣的情況下，在電網(wǎng)設(shè)備比較低或者電網(wǎng)供電能力不足的部分地區(qū)是不可能承受如此大且集中的負荷的，所以會造成部分地區(qū)的供電系統(tǒng)的極大破壞，從而引起電壓不穩(wěn)定或閃變的問題。

（二）電力機車是單相負荷的，因此將電力機車接入三相對稱電網(wǎng)時會造成牽引變壓系統(tǒng)產(chǎn)生幅值很高的負序電流。負序電流的大小和牽引變電器的連接方式有關(guān)，牽引負荷的大小也會影響到負序電流的情況。當(dāng)牽引變電器采用的是單相接線變壓器時，它的牽引負荷在電力系統(tǒng)中引起的負序會與正序相抵；牽引變電站采用單項V/V接線變壓器的前提下，在兩個方向的牽引負荷相等的情況中電力系統(tǒng)引起的負序和正序電流各為一半，相反情況下負序電流與兩側(cè)產(chǎn)生的負荷電流差的絕對值是成正比的；牽引變電站使用三相接線變壓器時，它的負荷在電力系統(tǒng)中會引起的負序電流是正序的二分之一。

負序電流過高會引起旋轉(zhuǎn)電機中產(chǎn)生負磁場，這種負序磁場會導(dǎo)致電力機車產(chǎn)生負序同步轉(zhuǎn)矩，致使車身震動，因此會產(chǎn)生一定的制動力影響到電機的出力，不對稱的負荷會導(dǎo)致變壓器的利用率下降和加快變電器的損耗。

（三）電氣化鐵路一般會采用交—直—交和交—直型機車類型，其采取相控整流技術(shù)，它會導(dǎo)致往供電網(wǎng)注入大量的諧波電流。諧波電流會加快電氣元件的損耗，影響各項設(shè)備的正常運行。造成諧波過流還會影響繼電保護裝置的工作，因此會到此設(shè)備被嚴重地損壞以及電網(wǎng)停止供電的事故發(fā)生。

二、解決電氣化鐵路電能質(zhì)量問題的方案

牽引供電系統(tǒng)的特性情況會影響到電氣化鐵路中存在的電能質(zhì)量問題，因此從牽引供電系統(tǒng)進行治理具有很強的可行性。大容量電力系統(tǒng)裝置的研究和開發(fā)在理論上具有一定的優(yōu)越性，在解決鐵路電能質(zhì)量問題受到廣泛重視。

電氣化鐵路牽引供電網(wǎng)主要分成三個方面分別是電力供電系統(tǒng)；牽引變壓器和接觸網(wǎng)；電力機車。因此在提高鐵路電能質(zhì)量方面的治理方案可以分別從上述三方面入手。

（一）提高牽引變電站接入的供電系統(tǒng)短路容量，可以通過縮短接入點和電源兩者之前的距離[3]。這樣的工作方式能夠提高電力系統(tǒng)抵御問題的能力，控制牽引負荷注入電力系統(tǒng)的負序電流以及諧波電流對其造成的損害。這個方案在理論上是提高鐵路電能質(zhì)量的有效措施。但是改變電力系統(tǒng)原有的接線方式是一項規(guī)模很浩大的工程，因此會耗費許多成本，并且這項方案具體操作起來也很困難。另外長期發(fā)展看來，短路容量不可能無限量的增長，因此治理效果還是會受到限制。

（二）另外有些牽引變電站采用的是抗匹配平衡變壓器以及斯科特變壓器。這些特種變壓器能夠根據(jù)自身接線方式和變比設(shè)計，在達到一定的負荷量的情況下可以對系統(tǒng)三相電流轉(zhuǎn)變并且完全對稱，因此可以達到控制負序電流對系統(tǒng)造成損害的目的。雖然該方案可以解決三相電不平衡造成的質(zhì)量問題，但是由于牽引變壓器系統(tǒng)的側(cè)繞組換相接入，會引起供電臂的電壓相位不同，如果在不同區(qū)段間加分段絕緣器的話，會使得牽引網(wǎng)的無電區(qū)域面積擴大好幾倍，電力機車在運行時安全存在著較大的隱患。

（三）而SVC以及STATCOM作為動態(tài)裝置在國外的鐵路電力使用方面很廣泛并且效果很好，SVA裝置利用晶匣管對波動性的負荷進行可調(diào)節(jié)性并且連續(xù)補償，另外利用無源濾波器剔除系統(tǒng)中的高次諧波、減少了諧波對電子元件的損害。在我國電氣化鐵路中使用中，其并聯(lián)了牽引器的系統(tǒng)側(cè)并且采用三相電，使得該裝置更加優(yōu)化。STATCOM裝置是通過將變流器與電抗器與電網(wǎng)并聯(lián)，可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)交流側(cè)輸出的電壓相位以及幅值。它的性能十分良好，工作效率很高并且響應(yīng)迅速，運行控制范圍面很廣。它還能夠進行雙向無功補償和有功轉(zhuǎn)移，因此可以對負序電流進行無功補償，更加適用于電氣化鐵路電能治理中。

三、結(jié)語

隨著電氣化鐵路規(guī)模不斷擴大，以及其運載量不斷上升，不斷電力鐵路電能的質(zhì)量是當(dāng)前面臨的比較大的技術(shù)問題。電路質(zhì)量問題不僅制約著電力鐵路的發(fā)展，同時還可能造成鐵路運輸安全事故，因此務(wù)必要加快對保證其高質(zhì)量運行的技術(shù)設(shè)備研發(fā)，并且要借鑒國外優(yōu)秀經(jīng)驗對其進行綜合治理。

參考文獻：

[1]周方圓，王衛(wèi)安.高速鐵路對供電質(zhì)量的影響及治理措施[J].大功率變流技術(shù).2010（06）

[2]李群湛.我國高速鐵路牽引供電發(fā)展的若干關(guān)鍵技術(shù)問題[J].鐵道學(xué)報.2010（04）

[3]林焱，黃佳珍.高速電氣化鐵路溫福線供電電能質(zhì)量的測試分析[J].電力與電工.2010（01）