电气化铁路负荷特点及电能计量方式的探讨

宋圭衍

摘 要：在供电的过程中容易对电力系统造成一定的负面影响，导致电流波形和电压波形的畸变，产生谐波效应，使电能计量产生一定的误差。文章首先简要介绍了电气化铁路，并在此基础上分析了电气化铁路的负荷特点，阐述了有功电能的计量方式，并对计量数据进行了比较和分析，希望能够为电气化铁路的进一步应用和发展提供一些意见，仅供参考。

关键词：电气化铁路；负荷特点；电能计量；计量精度

1 概述

电气化铁路的发展伊始是在1879年，德国柏林建造的世界上第一条电气化铁路，为电气化铁路的发展铺下了基石。我国的电气化铁路发展较晚，第一条电气化铁路始建于1961年，这条电气化铁路修建在宝鸡至凤州段，被称为宝成铁路，这是中国第一条真正意义上的电气化铁路，为我国以后电气化铁路的发展奠定了基础。电气化铁路的运行方式是以牵引动力为电力机车的，在电力机车上不设原动机，其运行的電力由铁路电力供应系统来提供。在铁路电力供应系统中，设置相应的接触网和牵引变电所，以保证对电气化铁路进行供电。电气化铁路由于其自身的优越性，能有最大限度的节省能源、节约劳动力、降低铁路运输成本、提升运行效率。电气化铁路中的电力机车的供电方式采用的是单相工频25kV的交流电压，这种交流电压非常适合电气化铁路的供电使用，在铁路沿线的牵引变电站中能够实现及时的给电气化铁路进行输送电量，电气化铁路的牵引负荷具有鲜明的特点——波动性、冲击性和非线性，这种鲜明的特点促使电气化铁路一般使用单相牵引变压器，进行电网的输配电，推动电气化铁路上的电力机车的运行。

2 电气化铁路负荷特点

电气化铁路由于其具有特殊性，其在用电上也具有特殊性，电气化铁路的牵引变电所的设置相当重要，电气化铁路的牵引变电所的负荷与一般的用电负荷是不一致的，其采用的是三相不对称负荷，带有冲击性和波动性。在电气化铁路的电力机车浸过接触网时是以如下的顺序进行的：

电力机车产生的谐波电流→牵引变电所→电网

因而，电气化铁路负荷具有以下特点：

2.1 单相工频负荷

电气化铁路的牵引变电所的负荷是三相不对称的单相负荷，在用电过程中，可以从电力机车中直接获取相应的功率，在与牵引接触网相接触的过程中产生负序电流进入到电网运行中，形成负序电压。

2.2 单相冲击负荷

电气化铁路的电力机车在运行的过程中，在受到路况、速度、重量等因素的影响时，其负荷也会产生一定的影响，这种影响会形成单相冲击负荷，主要是受电力机车的瞬时冲击变化影响的，尤其是急剧的变化的影响更为强烈。

2.3 单相整流负荷

电气化铁路的电力机车所使用的电力是通过变压器和整流设备提供给电力机车内的各个直流电动机的。谐波电压是在电气化铁路的运行过程中经常出现的，其产生的原因是在进行电网吸取基波电流的同时由于整流的原因而产生的，在整流的过程中由于其会消耗很多的无功功率，并且受接触网和电力机车的变压器的影响，导致电气化铁路牵引负荷的无功电流较大。

3 有功电能的计量方式

电气化铁路的牵引变电所的电力系统的供电系统主要是110kV的交流电。现阶段主要采用的计量方式是以在电气化铁路的牵引变电所的110kV侧或27.5kV侧安装计量设备为主。

3.1 27.5kV侧计量

电气化铁路的牵引变电所所使用的主变压器一般为27.5kV侧。在连接上，其C相接地，在使用过程中，牵引电力网以相——地的方式对电气化铁路的电力机车进行供电。因而在牵引变电所主变压器27.5kV侧采用两只单相电能表计量有功电能。电流线圈分别接于A相和B相，电压线圈上的电压分别为UAC和UBC

月用电量=（本月抄表数-上月抄表数）×倍率+主变损耗（计算值、大、小月不同）。

3.2 110kV侧计量

110kV侧的电能计量最好采用的是多相（三相四线）有功电能表对电能进行测量。在测量的过程中，这种三相四线的电能表比三相三线的电能表的准确性要高，因为这种表有三个元件，比三相三线的电能表多一个元件。

月用电量=（本月抄表数-上月抄表数）×倍率。

在110kV侧计量不需加上人为计算的变压器损耗，准确度显然要高。

4 计量数据的比较

110kV侧和27.5kV侧的电能表计量方式中所用的计量装置的主要数据如表1。

5 主要误差影响分析

对电能计量的方式产生误差的影响因素有很多，主要有以下几个方面：

5.1 电能表精度的影响

一般情况下，单相电能表的精度为2.0级，其精度比较低、误差大，而多相电能表（三相四线）的精度为1.0级，其精度比单相电能表要高，在日常的使用过程中，精度高的电能表对计量装置的计量准确性更为有利。

5.2 互感器精度的影响

一般情况下，110kV侧电压使用的电流互感器的精度为0.5级，27.5kV侧电压使用的互感器的精度为0.2级，相比之下，110kV的电流互感器的精度比较差，导致在计量时的计量准确性相比之下的误差比较大。

5.3 变压器电量损失变化的影响

电气化铁路的变压器在使用的过程中会产生一定的电量损失，而且电量损失的量也会随着负荷的变化而变化，这种情况会导致电能的计量方式会存在一定的误差，尤其是电气化铁路的负荷还具有冲击性的特点，会产生谐波电流，进而导致变压器内部的电量损耗的增加，这种误差原因是导致27.5kV侧的电能计量的准确性的重要原因之一。

5.4 谐波的影响

相关的研究表明电流谐波对电能的计量方式的影响十分巨大，27.5kV侧和110kV侧的电能计量方式都受谐波的影响，一般情况下，在电气化铁路的容易产生谐波的地方安装的均为普通的感应式的电能表，在铁路的运行过程中，由于受谐波的影响，都会引起不同程度的电量的损耗。在实际的使用过程中，一般情况下，装在110kV侧的电能表受谐波的影响比装在27.5kV的电能表的影响要小。

参考文献

[1]许振帆，诸均安.我国电气化铁路建设概况[J].铁道学报，1980（4）.

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[3]电气化铁路负荷特性分析和计量方案研究[J].第四届全国电磁计量大会，2007.