试析电气化铁道供电系统负序电流

【前言】试析电气化铁道供电系统负序电流由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1、电气化铁道供电系统的优点和缺点 1.1、优点 在列车运行过程中，能够实现对能源的有效利用，达到节约能源的目的；能够提高列车运行质量，使列车稳定、快速地运行。由于电力牵引制动的功率大，从而提高了列车运行过程的安全性，在行使过程中，还能够实现对电力牵引的...

摘要：本文主要从电气化铁路供电系统的优缺点入手，分析了如何对于电气化铁道供电系统负序电流的相关问题。

关键词：电气化铁道；供电系统；负序电流

中图分类号：U223 文献标识码：A

引言

逐渐变得完善的电气化铁路网，就会变为促进我国经济社会快速发展的有力保障，有着十分重要的意义。随着铁路电力牵引供电方式以及电力机车性能的逐渐改善的北京之下，我们要求需要加强对于电气化铁道技术方面的研究，特别是通过对现有问题的挖掘与分析，及时找到解决的方案，可以确保行车的安全和高效。

1、电气化铁道供电系统的优点和缺点

1.1、优点

在列车运行过程中，能够实现对能源的有效利用，达到节约能源的目的；能够提高列车运行质量，使列车稳定、快速地运行。由于电力牵引制动的功率大，从而提高了列车运行过程的安全性，在行使过程中，还能够实现对电力牵引的自动化控制，方便列车的运行，提高运行的安全水平。

1.2、缺点

基本建设规模较大，投资比较多，对电力系统会产生不利影响，牵引用电是单相负荷的形式，会产生较大的负序电流，并且，电力机车功率因素较低，高次谐波含量较大，给电力系统的正常运行带来严重的不利影响。此外，还会对沿线通讯造成一定的电磁干扰，检修工作比较麻烦，给铁路正常运行带来不利影响。

2、牵引系统的供电方式

对于各国所发展的高速铁路而言，高铁所涉及的供电牵引系统主要由变电站和接触网两大部分组成。二者协调运作最终保证了牵引供电系统的变电，配电以及送电工作。

作为系统中的核心组成部分，牵引变电所的职能是要将国家电网输入的三相高压电转换为能够和电力机车输入端相吻合的电能。在完成上述操作后，变电站还需要将经过转换的电能输入到接触网以便电力机车供电模块调用。在上述功能的实现中，变电站所涉及的电气部件可谓是“五花八门”，“种类繁多”，其中最常见的有变压器、继电器、电能传输母线等。

为了使得高压变电后的电能可以被电力机车供电模块所调用，接触网便成为了连接牵引变电机构和机车供电系统的桥梁。显而易见，接触网的电力负荷直接影响高速机车的运行速度及负荷能力，但对于输电系统来说线路负荷时静止的。在如此之多的因素共同作用下，铁路线路的可靠性便显得尤为重要。因此在设计接触网的时候，满足电力机车弓网耦合和减小运行中接触网与弓网的机械振动和冲击便成为了主要的设计指导思想。

作为变电站与电力机车直接联系的桥梁，接触网的机械组成部分主要包括：悬挂支撑模块接触网主要由接触悬挂、定位装置等。

3、电气化铁道供电系统负序电流分析

为了对供电系统负序电流进行全面的分析，下面将借助对称向量的分析法，对各绕组电流相互关系、馈线电流与负序电流的关系进行详细分析，并介绍实际运行情况，然后提出相应的解决方案。

3.1、牵引变压器各绕组电流相互关系分析

就其所采用的形式来看，供电系统牵引变压器有两种形式，一种是SCOT三相-两相接线的牵引变压器，另一种是Yd11接线的三相交流牵引变压器。在这里只讨论第一种情况，即SCOT牵引变压器各绕组电流之间的相互关系。在一般情况下，根据对称分量法进行计算，可以得知负序电流等于零。也就是说，在这个时候，注入到电网的负序是零，不会对电力系统产生任何影响。在供电系统当中，线路的参数是相同的，但机车会不断地运行，其位置会发生不断的变化，所以二者之间会发生移相，在这个过程中，可能会产生很大的负序电流。尤其是当机车相距较大的时候，一个在供电首端，一个在末端，在这时，相距差是最大的，对负序电流的影响也是最大的。

3.2、馈线电流与负序电流的关系分析

馈线电流和负序电流的大小有着紧密的联系，不仅和二者的相位有关，还和二者的幅值有关。现在对以下几种不同情况进行分析，设定移相造成某一时刻i1的滞后角度为a,i2的滞后角度为β。第一种情况是，当馈线电流幅值相等，阻抗移相角相同的时候，也就是1=2，=的情况，通过分析可以得知：铁路线上的每个变电所供电距离约为50km，对复线来说，机车的牵引负荷、运行速度、密度是一样的时候，上下行的左侧与右侧负荷电流大致相等。机车在行使的过程中，如果处于合适的位置，α=β。这时候，负序电流的大小为0。第二种情况是，馈线电流幅值相等，阻抗移相角不相同的时候，也就是i1=i2，α≠β的情况，通过分析可以得知：负序电流是由机车位置所引起的，一个位于距离变电所较远的地方，一个位于较近的地方，在这时候，负序电流的大小为2I1sin(β-α)/2。第三种情况是：馈线电流幅值不相等，阻抗移相角也不相同的时候，也就是i1≠i2，α≠β的情况，通过分析可以得知：事实上，这种情况是常态，大部分情况是这种状态，所以，分析负序电流的大小具有重要的现实意义。

4、针对负序电流的解决方案

4.1、采用STATCOM补偿的方式

相对于SVC，STATCOM具有速度快、工作效率高、谐波输出含量小、负荷率适应性好等优点。特别是两相结构的STATCOM，它不仅可以实现有功功率、无功功率的四象限控制，还可以在对变电所的两供电臂进行无功动态补偿时，调节两供电臂有功潮流，从而实现负荷的动态平衡。

4.2、牵引变电所的电源等级统一采用220kV

采用220kV的系统，由于电网的供电能力较高，负序电流的问题能够得以缓解。

4.3、牵引变电所进行换相联接

为了减轻进入电力系统整体的负序分量，不同接线的牵引变电所可以实行换相联接。

4.4、安装同期调相机

在变电站安装同期调相机，其功能可以允许承受较大的负序电流，从而负序阻抗较低，并且具有良好的防震性。

4.5、科学调度和合理安排行车

采用SCOT变压器之后，阻抗移相角几乎是相等的，并且，只要两相上的馈线电流相等，注入到电网的负序电流就很少，甚至几乎为零，可以将此忽略不计。该方式切实可行，并且操作简单，也是最经济的一种方式，在实际工作中值得采用。因此，铁路部门需要努力提高营运水平，做好调度工作，对上下行行车密度和运量进行科学合理的安排。通过采用这种方式，能够保证低压侧两条母线上的电流负荷曲线一致，从而尽到最大的可能减少牵引负荷对电力系统的不良影响，促进系统正常地运行和工作。

4.6、其它方案

比如说使用单相电能质量控制设备，尽量减少对系统的影响，促进系统的正常运行。此外，还可以采用提高牵引电机供电质量的方式，促进机车处于最佳的运行状态。不过，该技术还处在初步运用状态，还有不成熟之处，将来需要进一步研究和完善，以促进其发挥更好的性能。

5、结语

牵引供电系统这是铁路之中主要使用供电方式，在电气化铁道之中，负序电流的大小同多种因素相关，主要包括有系统容量、铁路运量增长、运行方式等等因素。在之后实际工作之中，应该根据其影响因素，采取切实可行的方案，减少或者抑制负序电流的大小，促进供电系统的正常以及安全运行，不断推进电气化铁道的长远发展，得到较好的经济社会效益。

参考文献：

[1]缪建平.试析电气化铁道供电系统负序电流[J].科教导刊(上旬刊),2013,09:188+193.

[2]高大纲.电气化铁道供电系统对通信电缆线路的影响[J].铁道通信信号,2006,01:30-32.

[3]文,陈建业.SVC和STATCOM在电气化铁道中的应用[J].机车电传动,2003,03:7-11.

[4]李仲明.用相量图分析电气化铁道供电系统相序电流和电压的关系[J].宁夏电力,1994,02:15-24.