电力系统在电气化铁路上的作用和影响

朱文杰

摘要：随着经济的高速发展，铁路线路在不断的延伸，然而电力系统是电气化铁路的主要的牵引动力，铁路车厢自身是不携带供列车动力的资源，全部的资源都是由电力系统来供应。所以研究电力系统在电气化铁路上的作用和影响是至关重要的。

关键词：铁路；电气化；电力系统

1 電铁牵引电力系统概述

电气化铁路的牵引电力系统主要是由牵引变电所和接触网这两个部分组成的。在铁路附近的是牵引变电所，由周边的电力系统或者三相电源进行电力服务，一般情况在在铁路沿线的一段距离内就有若干个变电所，电力系统提供的电压经过变电所降压后直接连接到铁路上面的接触网中。向铁路上的机车提供电力的是接触网设备，在铁路沿线的上面，都有一排排的电力支柱，上面是金属线，这就是接触网，接触网在电气化铁路上被成为铁路的动脉。机车通过接触网获得电能，牵引列车前进。

2 电气化铁路对电力系统的危害

（1）在电气化铁路运行过程中，对电力系统影响最大的是谐波分量大，主要体现是下面的两个方面，其一，由于谐波分量很大相应的电流进入很多的电器设备，产生负荷、过热等危害，并根据运行的速度等因素可能会造成谐波共振的影响。其二，谐波分量大造成相关仪表计量误差，影响精确度。

（2）对发电机可能会造成过热和损耗过大的主要影响，次要影响是噪声过大、电压过大、振动增加等。进入发电机定子绕组的电流会相应的生成谐波磁场，通过转子绕组中感应出相关的谐波电流。上述的电流在各部件的上面流动，这就是集肤效应，所以容易受到阻尼绕组等影响。定子绕组里的谐波电流也是有集肤效应的，它会造成端压板、紧固螺栓过度发热，影响正常的运行。如果谐波电压超过承受能力的上限，发电机就会有强烈的振动。

（3）谐波分量造成过热的敏感环节就是异步电动机的定子绕组绝缘。一般情况下客户都有很多的发电机同时连接到母线上，电动机本身就有谐波条件的承受能力，就可以正常情况的运行。但是一旦谐波电压达到承受范围之外，就可能发电机会在很短的时间内损坏。

（4）具有谐波源的变压器是中间环节，是造成其他谐波源产生谐波的主要环节。变压器的作用就是产生谐波分量，但是在一般情况下是不会引起过热和损耗过大的现象，要是在谐波共振的条件下很有可能会影响变压器的性能。一种特殊的全星型接线变压器，如果在电力系统的分布很密并且线组中性点连接地线，就很大概率的产生次谐波共振的危害。

3 改善措施

（1）在牵引电力系统中采取电容和可控电抗器固定的方式，通过改变电抗器电感量进而调节电抗电流，电容器主要是产生前置无功电流而电抗器产生后置电流。

（2）电气化铁路中采用牵引变加装的方式来保证动态电流静止无功补偿的措施 之一，采用固定的电容器和电抗器的方式。由牵引电荷的强弱，来自动改变电抗器内的电流，进而控制并改变变压器中的综合无功和功率因数。

（3）一般采用高压晶闸管电子开关分组投切补偿电容这类的补偿方案，不断的促使变压站中的牵引母线降低电压，然后出厂电容器通过改变电子开关分成几组的方式，进一步改善和控制变电站的功率参数，这类的补偿方式有下面的几个优点，调节范围精细、切换的时候设备安全可靠性高。从而解决了机械开关切换的不安全等弊端。从电气化铁路上的运行记录上看，有一定改善效果，但是不能解决谐波分量大、负序等综合问题。

4 电力系统在铁路上应用的建议

（1）无功率补偿电容器。由于电气化铁道的电网信号有谐波成分大、含量足等特点，这些特点对周边的电力系统和居民用电系统的安全运行造成很大的影响，导致电力系统不能正常的运行或者出现烧损的现象。为了研究电气化铁路对周边电力系统的电容器的影响，我们通过对周边地理系统进行实地的数据采集，然后通过计算机进行模拟计算分析，从而根据实验的数据对周边电容器的安全运行提供技术指导，并在生产电容器的厂商进行培训测试等。为了减少电气化铁路谐波分量大对电容器造成的严重影响，建议相关的电力部门将电容器电抗率串联改为增加一道抑制次及以上谐波的防线。

（2）周边发电厂。单相负荷是电力机车的主要动力，由于电网谐波分量对发电机正常运转会产生很大的影响，所以对这一个模块必须进行计算机相关的模拟和仿真，从仿真的数据中得出谐波分量对发电机的影响程度，从而我们可以根据数据合理的指定运行的方式，制定更加严密的防范措施和检测。参考文献《福建电网负序电流计算的探讨》中提供了详细的实地测量数据和分析结果，可以表明我国的铁路的列车运行图不可作为负序计算的负荷源，这样可以显示出电铁不对成负荷较大些，但是这个对整个的电网系统来说还是有一定的准确性和实用性，也可以把不对称电荷考虑在内。另一方面，六种组合的负荷设计值对于电铁牵引的电力系统还是可行的，其中负序电流较大的负荷组成方式表示的是电力系统极少出现的最大负序电力值。其他的五种组合可以作为电力系统正常运行的分析依据。

（3）继电保护。目前，对一些常规的线路系统进行很大程度的改进和优化，这样既可以满足电荷频繁切换的特性，也可以适应正常运行的要求，进而不断提高保护装置的抗干扰能力。但是这不能从本质上解决电气化铁路对电力系统的各方面的影响。只有相关电力部门采用综合系统的治理方式，才能从根本上解决谐波分量大、负序和电压扰动等质量问题，高效长久的保证铁路系统正常运行。

5 结论

电气化铁路的运行必然对周边的电力系统产生不利影响，经常会出现谐波或者管理不到位等情况，尤其是对网架很薄弱的偏远地区的电力系统影响更加严重。如果偏远地区的政府或者相关的电力部门可以未雨绸缪，事先对所有可能出现的情况进行估计并做好预防的紧急措施，这样就可以将负序的危害或者谐波的影响降到最低程度，这也是本文研究的主要内容。随着电气化的铁路不断延伸，政府的相关部门必须协调配合，共同维护电力系统的正常运行，这对于人们的生活是至关重要。

参考文献：

[1]林磊.电气化铁路对电力系统影响的分析研究[D].浙江大学，2005.

[2]卢志海，厉吉文，周剑.电气化铁路对电力系统的影响[J].电力系统保护与控制，2004，32（11）：3336.

[3]黄文英.福建电网负序电流计算的探讨[J].电力与电工，1994（1）：3135.