【摘 要】當前的牽引供電系統(tǒng)有著許多問題，它們降低了供電的效率和質量，威脅著電氣化鐵道運行的可靠性和安全性。本文將列舉當前供電系統(tǒng)中存在的諧波、無功、負序等問題，并提出相應的解決對策。

【關鍵詞】電氣化；牽引供電系統(tǒng)；存在問題；對策

日臻完善的電氣化鐵路網，必將成為促進我國經濟社會快速發(fā)展的有力保障，具有積極重要的意義。隨著鐵路電力牽引供電方式和電力機車性能的不斷改善，我們迫切地需要加強對電氣化鐵道技術方面的研究，特別是通過對現有問題的挖掘與分析，找出解決方案，以保證行車的安全以及高效。

1.前言

鐵路牽引供電系統(tǒng)由牽引變電所和接觸網構成?；镜倪\作方式是通過牽引變電所將電力系統(tǒng)經過高壓輸電線輸來的電能進行降壓和變流后再輸送給接觸網，以此供給沿線路行駛的電力機車。[2]牽引變電所的作用是把一次供電系統(tǒng)送來的三相交流高壓電能轉換成較低電壓的能夠滿足電力機車使用要求的電能。接觸網則是沿電氣化鐵道線路架空敷設的輸電網，它和電力機車受電弓的滑動接觸把牽引變電所送來的電流輸送給電力機車。

2.牽引供電問題分析

2.1 無功功率

電力機車是一個具有隨機變化特點的感性負載，它的基波電流會滯后電壓一定角度，由于變壓器、牽引電機這些設備的非線性，加上電力電子器件非線性的調節(jié)作用，導致機車的電流中包含大量在三相供電系統(tǒng)中的不對稱分布的諧波成分。牽引負載功率大、時間和空間分布隨機性強以及三相不對稱的特點導致牽引供電系統(tǒng)成為電力系統(tǒng)中主要的無功源。供電系統(tǒng)無功功率產生的危害主要表現在以下四個方面：（1）使供電線路中無功功率的有功損耗增加，供電線路、變送電設備以及其他用電設備發(fā)熱程度增加。（2）增加無功功率會使電流增大，從而使得發(fā)電機、變壓器以及其他電氣設備和導線的容量增加。（3）由于變送電設備負荷容量中，增加了無功容量。導致變送電設備有功輸出的容量降低。

2.2 負序電流

我國的電氣化鐵路是通過三相電力系統(tǒng)經牽引變壓器將110kV（或者220kV）電壓降壓為27.5kV（或者55kV）后向牽引網和電力機車進行單相供電。因為牽引變壓器不對稱的供電方式，必然會在電力系統(tǒng)中造成負序電流，從而對供用電設備產生一系列危害，例如發(fā)電機轉子升溫幅度增大，引起附加振動；變壓器能量損失增多，在鐵心磁路中會產生附加發(fā)熱；輸電線中能量損失增多，降低線路的輸送能力；繼電保護與自動裝置負序參量啟動元件誤動作增多等。

2.3 諧波電流

電力系統(tǒng)所產生的諧波和其它整流負荷所產生的諧波一樣，給電力系統(tǒng)及用戶帶來巨大的危害。特別是在牽引負荷與波動性方面，具有負荷功率大、波動性強的特點，這些危害表現得尤為突出。主要體現在以下四個方面:

（1）諧波會增加公共電網中各元件的諧波耗損，從而降低用電、輸電、發(fā)電設備的效率，過量三次諧波還會導致線路過熱從而引發(fā)火災。

（2）諧波會影響各種電氣設備進行正常工作，對電機造成的影響除了產生附加耗損外，還會引起機械振動、噪聲及過電壓，從而導致變壓器局部過熱。另外，諧波會對電容器、電纜等電力設備產生過熱、絕緣老化、壽命縮短的影響。

（3）諧波會使得公共電網中產生局部并聯諧振與串聯諧振，使諧波放大，從而使（1）、（2）兩點的危害更加突出，甚至引起嚴重的安全事故。

3.牽引供電系統(tǒng)問題的對策

3.1 針對無功功率的解決方案

（1）為提高機車的功率因數，可以在機車上配備校正功率因數的裝置，這樣就能得到很好的效果。

（2）在“交-直-交”機車與“交-直”機車上，若整流環(huán)節(jié)采用的是四象限PWM 整流器，則可以令機車輸入電流的基波和電壓同相位，這樣可以從根本上消除功率因數的問題。

（3）對于機車產生的無功功率，采用就近補償的方式，通常在牽引變電所將無源、有源以及兩者結合的混合補償方式進行相互補償。

3.2 針對負序電流的解決方案

（1）采用STATCOM補償的方式。相對于SVC，STATCOM 具有速度快、工作效率高、諧波輸出含量小、負荷率適應性好等優(yōu)點。特別是兩相結構的STATCOM，它不僅可以實現有功功率、無功功率的四象限控制，還可以在對變電所的兩供電臂進行無功動態(tài)補償時，調節(jié)兩供電臂有功潮流，從而實現負荷的動態(tài)平衡。

（2）牽引變電所的電源等級統(tǒng)一采用220kV。采用220kV的系統(tǒng)，由于電網的供電能力較高，負序電流的問題能夠得以緩解。

（3）牽引變電所進行換相聯接。為了減輕進入電力系統(tǒng)整體的負序分量，不同接線的牽引變電所可以實行換相聯接。

（4）在變電站安裝同期調相機，其功能可以允許承受較大的負序電流，從而負序阻抗較低，并且具有良好的防震性。

3.3 針對諧波電流的解決方案

（1）避免電容器放大諧波?？梢愿淖冸娙萜髦械拇撾娍蛊?，或者把電容器組的一些支路改成濾波器，或者對電容器組的投入容量進行限定，這樣可以有效地防止電容器對諧波進行放大，同時也保證了電容器組的運行安全。

（2）調整諧波源的配置或者工作方式。若某些裝置對諧波具有互補性，可將它們集中。否則應當適當分散或者對其交替使用，對于會產生大量諧波的工作方式應適當限制。

（3）運用多重化技術。幾個交流器聯合使用，運用多重化技術把多個方波進行疊加，用以消除較低頻率的諧波。

（4）諧波疊加注入?？梢岳镁哂腥伪稊档闹C波與外部的具有三次倍數的諧波源，將諧波電流疊加到生成的矩形波形上，這樣可以有效降低給定運行點處的一些諧波。

3.4 實現三相平衡

從以上的分析中我們可以看到，很多問題是由牽引供電系統(tǒng)中三相不平衡導致的。要緩解這一問題，可以利用相序輪換技術，使得牽引供電系統(tǒng)的公共接入點能夠三相平衡。這個方案的基本思路是沿著鐵道線路把接觸網分成若干個供電區(qū)，各部分各自由電力系統(tǒng)的三相供電。如果各相所接供電區(qū)的負載和相等，同時功率因數相等，那么電力系統(tǒng)的三相電流就可以達到平衡的狀態(tài)

本文對電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)相關問題進行了淺顯的分析，并且提出了一些解決方案。但是治理鐵路牽引供電的問題需要在實踐中不斷的摸索，相信隨著我國鐵路的高速發(fā)展，從業(yè)者會積累更多的經驗，找到更為有效的解決問題的途徑。