电气化铁路的电能质量问题及改进措施

曲凯乾

摘要：在整个交通运输系统中有一个非常重要基础设施就是电气化铁路，它是国民经济发展和社会进步的重要保障。由于电力机车三级负荷分配的非线性、冲突性和不对称性，有了一定的电能质量问题其中就包括谐波、电压波动、闪变和负序电流等，这就从根本上降低牵引系统本身和整体电力系统的供电质量，进而会对电力系统的安全和效率产生一定的影响。针对于这种情况，我们必须要采取非常有效的措施，将电气化铁路对电网的影响降到最低并加以保障供电质量，确保整体电路处在一个运行稳定可靠的状态当中。基于此，本文针对于电能质量问题进行了相关的探讨。

关键词：电气化铁路;主要问题;解决措施

引言

电气化铁路是对电网运行质量造成影响的主要来源之一，电气化铁路的特点是其非线性、波动性和不对称性，通过牵引变压器、异常无线电波，电网中的三维电压平衡等会产生一定的性能质量问题，它们会产生谐波和负序电流注入电力系统，这就表明了我们必须要快速准确地预测性能质量，所以我们要将这项工作重视起来，以此来确保整体电力网络处于稳定运行状态当中[1]。

1、电气化铁路中存在的电能质量问题

1.1、负序分量方面会对电网造成一定的影响

（1） 当继电保护装置产生负序电压时，其性能受损;而异步电动机的正序电压产生正序电磁力矩形并向上旋转;负电压产生负电流和反向旋转的矩形电磁场，负电压对异步发动机的运行有着很不好的影响，而且异步机电压负增长会导致负功率增加和电磁转矩情况的发生，绕负序电流进行逆时针的旋转将会直接影响异步机的工作效率，进而危及其安全运行，严重时甚至烧坏发动机，负序对异步机性能的影响最为重要发电机是转子的附加磨损和热量，其次是产生降低发电机效率的附加振动。

（2）继电保护装置往往因为负序电流产生一定的影响：电气化铁路采用单级电力机车，牵引所采用yn11接线系统，因此每列电力牵引列车给电力系统带来两级负荷。虽然牵引变电所是互联的，但整个电动客车的三维负荷仍然不平衡，有时很小，有时又很大，整个能源系统一旦出现了负电流，使得负序电流会误导能源系统中由负序驱动的继电保护装置，如当负序电流长时间运行时，传统的电力保护系统则会变为闭合状态，在一段时间内从被保护的快速动作中恢复电力保护继而退出运行状态，如果电气化铁路的负电流起解锁作用，系统此时发生振动，可能会使该系统的保护距离出现误差，产生跳闸等等现象，从而消除负序电流的一些影响，进而可以增加继电保护系统的可靠性[2]。

1.2、电力系统中谐波电流也会产生一定的影响

（1） 同步发电机可能会受到的一些影响：谐波对同步发电机的主要影响是产生发热以及热量的进一步损失，其次是振动引起的张力，可能会增加噪音和谐波：谐波电流进入发电机池产生的磁场允许检测线圈组中的谐波电流。由于集肤效应的广泛作用，电流只在每个转子的部件表面产生流动，而阻尼绕组、槽楔、齿等等非常容易受到影响。定子绕组的谐波流动也具有一定的集肤效应。大型谐波涡流和漏磁会发生一定的集中，而使隐极机定子中的很多部件严重升温，其中包括槽楔、端盖都会成为运行的边界条件。如果发电机的谐波电流接近其部件的固有振动频率，就会引起发电机的强烈机械振动。

（2） 对变压器产生的一些影响，变压器本身不仅是谐波源，同时也是其他谐波源在传送过程中的核心关键部分，变压器励磁电流中的谐波含量在正常情况下不会导致铁心损耗和发热的增加，但在谐振条件下会损坏变压器，对于全星接地的变压器，当绕组中性点接地的同时网内分布电容也非常大，会形成接近次谐波的谐振状态。

2、相关的改进措施与方案

2.1、一般我们经常使用轮流换相接入的方法

系统变电站与牵引变电站的比例往往是一比三，我们需要将原边轮换接入电力系统连当中。三个牵引变电站负荷必须要处于一个完全平衡的状态当中，那么它可能会被对称负载的对应方。实际上波动性和随机分散性将会一直存在于电气化铁路负荷当中，所以三相负荷不可能完全处于对称的状态当中，我们必须要输入一定数量的负序电流进入电力性能系统，但是往往根据具体理论分析和实践表明，完全换相可将注入系统的负电流降低到百分之六十九左右[3]。

2.2、必须要使用相关的补偿装置减少影响

要想解决三相不平衡的状态我们必须要从抑制谐波、降低电压波动和闪变这三个方面来入手，现在已经有多种选择装置，其中就包括先进的无源滤波器、静态零故障补偿（SVC），这些装置允许对维持非线性负载稳定性和冲击点系统电压水平来说是必需的不可用功率，我们需要随时来进行调整。同时，还可以使用由电容器、电抗电阻系统、分块装置等非有源元件组成的非有源滤波器，这些滤波器与动态控制电抗器配合使用，起到补偿无功补偿误差的作用，进而还可以改善功率，消除高次谐波的一些影响。

2.3、对交流传动机车要有相应的改进措施

用交直型号的高速动车来进一步代替现有的电力机车，可以从某种程度上有效的提高功率系数。根据电力系统的轮流换相，我们可以对列车的运行图进行合理调整，以实现以下三相平衡的主要目标，以此来达到最大负载平衡，在一定程度上减少电气输入系统的负序电流，并优化自动过载装置的控制管理工作，以减少一些不必要的冲击。所以我们必须要重视每一个工作环节，在此基础上进行相关的改进和优化，只有这样才能保证整个系统的处于正常运行的状态当中。

結束语

电气化铁路一旦出现问题将会对对交通运输构成重大威胁，严重时会危及到很多人的生命，由于供电系统各阶段供、用电范围非常广泛，所以我们往往需要采取综合性的管理方式，以此来最大程度的避免电网及其用户造成一定的严重损害。有许多区域的符合非常密集且货物较重，随着经济的进一步发展，针对现有电气化铁路所存在的各类电能质量问题，我们需要提出很多种解决措施，提前对可能出现的事故问题做好相关的预案措施，以此来保证当问题发生时我们可以第一时间的去解决。

参考文献：

[1]高鹏，房俊，韩燕波，王嘉怡.电气化铁路电能质量趋势分析预测方法[J].计算机与数字工程，2019，47（06）：1521-1527.

[2]许倩.铁路功率调节器容量优化配置研究[D].湘潭大学，2019.

[3]杨维民.铁路功率调节器电能质量优化研究[D].湘潭大学，2019.