朱二中

（上海鐵路局南京供電段,南京 210000）

電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)的影響與對(duì)策

朱二中

（上海鐵路局南京供電段,南京 210000）

在電氣化鐵路中，其牽引負(fù)荷是一種大功率的單相非線性負(fù)荷，它具有不對(duì)稱和波動(dòng)的特點(diǎn)并由此產(chǎn)生的負(fù)序和諧波等一系列問題對(duì)電力系統(tǒng)造成一定的影響。本文從諧波，負(fù)序電流，功率因數(shù)，電壓波動(dòng)等方面入手，通過分析它們產(chǎn)生的原因及相應(yīng)的危害，利用解析計(jì)算和PSCAD實(shí)例仿真進(jìn)行比較，找出解決措施，最終確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

電氣化鐵路；電力系統(tǒng)；諧波；負(fù)序電流；PSCAD仿真

0　引言

隨著我國工業(yè)化的腳步不斷加大，我國電氣化鐵路近年來飛速發(fā)展，它的運(yùn)量已占鐵路總運(yùn)量的70%。隨著牽引負(fù)荷的不斷增多，它在整個(gè)電力系統(tǒng)負(fù)荷中的比重也不斷加大。因此，它對(duì)電力系統(tǒng)的影響也更明顯。那么，如何全面，客觀地分析電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)的影響，并針對(duì)不利影響提出相應(yīng)的抑制措施，從而使電力系統(tǒng)免于受到電氣化鐵路牽引負(fù)荷所帶來的沖擊，是我們面臨的重要議題。本文將從諧波，負(fù)序，功率因數(shù)，電壓波動(dòng)等方面研究電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)造成的影響，并通過分析計(jì)算和PSCAD進(jìn)行仿真，最終提出改進(jìn)措施和建議，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

1　電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)的影響

總的來說電氣化鐵路對(duì)供電系統(tǒng)的影響存在4個(gè)方面的問題：諧波；三相不平衡(即負(fù)序電流的影響)；功率因數(shù)低；電壓波動(dòng)大。我國目前在線運(yùn)行電力機(jī)車是一種單相大功率整流負(fù)荷，而且運(yùn)行具有很大的隨機(jī)性，這樣在運(yùn)行過程中就會(huì)產(chǎn)生大量的諧波與負(fù)序電流，其通過牽引變電站，就會(huì)注入電力系統(tǒng)。這不僅使電力系統(tǒng)損耗增大、能量損失增加、降低容量利用率，同時(shí)也對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量造成一定的影響，威脅電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1.1 諧波的影響

作為牽引供電系統(tǒng)中一處較大的諧波源，電力機(jī)車因其類型不同，產(chǎn)生的波形畸變不同，因此諧波含有率也不同。諧波電流的大小同時(shí)也與基波電流有關(guān)，而基波電流決定于牽引負(fù)荷，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)可用公式表示為:；式中I1為基波電流，In為n次諧波電流，n為諧波次數(shù)。

1.2 負(fù)序電流的影響

圖1　SS4型電力機(jī)車接入牽引網(wǎng)對(duì)供電系統(tǒng)影響仿真圖

圖2　為電力機(jī)車工作時(shí)電流狀況

圖3　為電力機(jī)車內(nèi)部電機(jī)工作時(shí)電壓狀況

圖4　為反饋回牽引變電站的電流中含有的諧波狀況

負(fù)序電流產(chǎn)生影響的大小取決于兩方面：一是電力系統(tǒng)設(shè)備容量大小和運(yùn)行方式；二是牽引供電系統(tǒng)的負(fù)荷大小和運(yùn)行方式。

1.3 電力牽引負(fù)荷的功率因數(shù)

電力牽引負(fù)荷多為感性負(fù)荷，因此其功率因數(shù)一般較低。線路上運(yùn)行的整流型電力機(jī)車的平均功率因數(shù)約為0.8～0.85。除此以外，由于牽引網(wǎng)本身帶有阻抗，受其影響牽引負(fù)荷網(wǎng)上的有功和無功損失之比遠(yuǎn)小于1,這又要降低功率因數(shù)一到五個(gè)百分點(diǎn)。同理，由于受到牽引變壓器阻抗的影響,牽引變電站高壓側(cè)的功率因數(shù)還要降低0.05左右。

1.4 電壓波動(dòng)

依據(jù)電氣化鐵路的特點(diǎn)可知，其負(fù)荷多為單相、移動(dòng)、幅值頻繁劇烈變化的特殊負(fù)荷。列車每天按準(zhǔn)后執(zhí)行。實(shí)踐教學(xué)過程做到了計(jì)劃、大綱、指導(dǎo)教師、考核的落實(shí)，通過校級(jí)、院級(jí)督導(dǎo)、學(xué)生評(píng)教等環(huán)節(jié)監(jiān)控教學(xué)，由于有完整的實(shí)踐教學(xué)制度保障體系，實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量效果良好。

實(shí)踐教學(xué)過程需要不斷的完善改進(jìn)，目前存在的問題如下：

（1）部分實(shí)驗(yàn)課程中，存在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)偏少，綜合性實(shí)驗(yàn)偏少，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)偏多，演示性實(shí)驗(yàn)偏多的問題。

（2）專職實(shí)驗(yàn)人員偏少，目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員不僅完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，還要完成繁重的理論教學(xué)工作。缺少專職實(shí)驗(yàn)人員不利于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的維護(hù)、保養(yǎng)、運(yùn)行。

（3）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)，編寫、出版實(shí)驗(yàn)教材。

（4）建立科學(xué)、完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)體系，重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量提高。

（5）實(shí)驗(yàn)室開放是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的有效途徑，專職實(shí)驗(yàn)人員不足，無法保障實(shí)驗(yàn)室課外時(shí)間的開放時(shí)間。

5　結(jié)論

實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的高效運(yùn)行、開放運(yùn)行需要教師付出大量的精力與時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心職權(quán)范圍內(nèi)，如何制定合理可行的考核和激勵(lì)機(jī)制，發(fā)揮正向的導(dǎo)向作用是重點(diǎn)和難點(diǎn)。采用適合示范中心運(yùn)行管理的三級(jí)管理主任負(fù)責(zé)制的管理模式，適當(dāng)規(guī)定各級(jí)的權(quán)限和職責(zé)，發(fā)揮下級(jí)積極性；在中心職權(quán)范圍內(nèi)制定科學(xué)、合理、可行的中心考核與激勵(lì)機(jī)制；開放導(dǎo)向的中心運(yùn)行機(jī)制，由封閉式管理轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放式管理。

[1]郝魁紅.我國本科教學(xué)評(píng)估體系構(gòu)建及高校自我評(píng)估機(jī)制研究[J].高教發(fā)展與評(píng)估,2013,29(05):104-108.

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.150

校級(jí)教研課題CAUC-ETRN-2015-59