范旋

（中國(guó)神華能源股份有限公司神朔鐵路分公司，陜西神木719300）

1 引言

電氣化機(jī)車中沒(méi)有自帶很重的引擎以及燃料，其能量由鐵路動(dòng)力系統(tǒng)提供，即對(duì)沿線牽引變電所輸送電力的外部供電系統(tǒng)，以及從牽引變電所經(jīng)降壓、變相或換流（轉(zhuǎn)換為直流電）后，向電力機(jī)車、動(dòng)車組供電的變、直流牽引供電系統(tǒng)。其中，牽引變電站可以恢復(fù)高壓輸電線路的高壓電流,然后輸送到鐵路的空中聯(lián)絡(luò)網(wǎng)，用弧線牽引電力機(jī)車，從而帶動(dòng)車輛行駛。電氣化鐵路是伴隨著電力機(jī)車的出現(xiàn)而產(chǎn)生的，電氣化鐵路具有節(jié)省能源的優(yōu)勢(shì)，其熱效率可以達(dá)到20%～26%，在運(yùn)輸能力、功率以及牽引量等方面有較大的優(yōu)勢(shì)。除此之外，還具有維修少、噪聲小、資源消耗少等優(yōu)勢(shì)。

2 電力系統(tǒng)分析

一個(gè)完整的電力系統(tǒng)由發(fā)電廠、升壓和降壓變電所、輸電線路及電力用戶組成，它們分別完成電能的生產(chǎn)、電壓變換、電能的輸配及使用[1]。電氣系統(tǒng)是電能生產(chǎn)和消耗系統(tǒng)。在各個(gè)工業(yè)部門，電氣系統(tǒng)是最大、最復(fù)雜的實(shí)時(shí)物理系統(tǒng)，其功能是通過(guò)發(fā)電將自然一次能源轉(zhuǎn)化為電能，然后通過(guò)運(yùn)輸、加工和配送為各用戶提供電能。為了實(shí)現(xiàn)此功能，電氣系統(tǒng)還具有位于不同級(jí)別和鏈接的相應(yīng)信息和控制系統(tǒng)，以測(cè)量、調(diào)整、控制、保護(hù)、通信和分配生產(chǎn)過(guò)程。

3 電氣鐵路和電力供應(yīng)

3.1 電力線路基礎(chǔ)概念

電力線路是指在發(fā)電廠、變電站和電力用戶間用來(lái)傳送電能的線路。它是電氣化鐵路的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著輸送和分配電能的任務(wù)。

3.2 諧波對(duì)電力系統(tǒng)的影響

諧波電流對(duì)電力系統(tǒng)有很大的影響，會(huì)引起諧振并損壞無(wú)功功率電容器組。電力機(jī)車是電力牽引系統(tǒng)中最重要的諧波源，其諧波含量是最重要的電氣性能指標(biāo)之一。電力機(jī)車具有非常低的基本功率，是電力牽引系統(tǒng)的感性負(fù)載，并且諧波的存在降低了總功率因數(shù)。

在電力系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是交錯(cuò)的，有功功率流、無(wú)功功率流、高次諧波和反向電流以光速傳輸?shù)秸麄€(gè)系統(tǒng)，不僅可以傳遞巨大的力量，還可以立即引起重大的災(zāi)難性事故。為了確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，必須根據(jù)不同的要求在電力系統(tǒng)中配置各種自動(dòng)控制和通信系統(tǒng)，以形成信息和控制子系統(tǒng)。子系統(tǒng)電氣系統(tǒng)的信息和控制是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，用于在電氣系統(tǒng)中傳遞信息，從而對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行觀察和控制，并且便于在發(fā)生事故時(shí)進(jìn)行應(yīng)急處理。從電氣系統(tǒng)的誕生開始，信息和控制子系統(tǒng)就成為電氣系統(tǒng)的重要組成部分。影響電網(wǎng)的安全性，可靠性和穩(wěn)定性，導(dǎo)致正常停電，電網(wǎng)破裂和事故擴(kuò)大。另外，還會(huì)引起嚴(yán)重的問(wèn)題，例如，設(shè)備壽命縮短，電網(wǎng)中的功率損耗增加，接地保護(hù)異常，遠(yuǎn)程控制故障以及線路和設(shè)備過(guò)熱。增加附近磁場(chǎng)的干擾，影響電子儀器和通訊系統(tǒng)的正常運(yùn)行，會(huì)引起局部串聯(lián)或并聯(lián)諧振，損壞電壓和其他設(shè)備，延長(zhǎng)滅弧時(shí)間，并影響斷路器的分?jǐn)嗄芰Α?/p>

4 電氣化鐵路對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)挠绊?/h2>

電氣化鐵路網(wǎng)的高諧波含量、低功率因數(shù)和負(fù)序連續(xù)性嚴(yán)重影響了電氣化鐵路的發(fā)展。電氣化鐵路的電力牽引是一種沒(méi)有能量的電力機(jī)車，所需的能量由電牽引系統(tǒng)提供。牽引力供應(yīng)系統(tǒng)主要涉及牽引力站和接觸網(wǎng)。變電站位于鐵路線附近，通過(guò)高壓傳輸線路將電力從工廠輸送到鐵路線上的懸鏈線。懸鏈線是直接將電能提供給電力機(jī)車的設(shè)備。電氣化鐵路是從外部牽引力和能源系統(tǒng)獲取電能并被電力機(jī)車牽引的鐵路，包括電力機(jī)車、維修設(shè)施、牽引動(dòng)力系統(tǒng)、各種電器和通信、信號(hào)和其他鐵路運(yùn)輸設(shè)備[2]。電氣化鐵路是一種現(xiàn)代化的鐵路運(yùn)輸方式，它比傳統(tǒng)的鐵路具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。由于電力機(jī)車由外部電源供電，不需要自己的電源，可減小輕質(zhì)量，因此，在每個(gè)軸的相同負(fù)載下，機(jī)車功率高，牽引力大，速度快，運(yùn)輸能力大大提高，節(jié)能降耗。鐵路運(yùn)輸是國(guó)家一級(jí)的主要能源消耗。因此，牽引方式的選擇對(duì)合理利用能源具有重要意義。

5 電氣化鐵路對(duì)電氣系統(tǒng)的影響

5.1 對(duì)發(fā)電機(jī)的影響

渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是敏感部件，因?yàn)闇u輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的諧波和負(fù)溫升大于定子，因此，過(guò)熱事故會(huì)損壞轉(zhuǎn)子組件的安裝表面，并且當(dāng)順序反向電流流過(guò)發(fā)電機(jī)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反向磁場(chǎng)。該反向磁場(chǎng)產(chǎn)生反向同步轉(zhuǎn)矩，該反向同步轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生附加振動(dòng)。諧波還會(huì)在電動(dòng)機(jī)中引起振動(dòng)和噪聲，而長(zhǎng)期的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致金屬疲勞和機(jī)械損壞。對(duì)于靠近牽引站且遠(yuǎn)離電源（電動(dòng)遙控器）的異步電動(dòng)機(jī)，應(yīng)將定子繞組纏繞在敏感位置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、價(jià)格便宜、運(yùn)行方便等特點(diǎn)，對(duì)驅(qū)動(dòng)球磨機(jī)、壓縮機(jī)等大功率、低轉(zhuǎn)速的機(jī)械設(shè)備，常采用同步電機(jī)。

5.2 對(duì)電力變壓器的影響

諧波電流會(huì)在變壓器繞組中產(chǎn)生額外損耗，導(dǎo)致外殼、外部硅鋼板和某些緊固件過(guò)熱以及局部過(guò)熱，從而加速變壓器的老化,并影響其使用。使三相電流不對(duì)稱，當(dāng)最大一相電流達(dá)到額定值或允許過(guò)載值時(shí)，較小的兩相電流還小于該值，從而使變壓器容量利用率下降。負(fù)序電流造成變壓器的附加電能損失，并在變壓器鐵芯磁路中造成附加發(fā)熱。另外，三相電源系統(tǒng)的反向電流不平衡，導(dǎo)致變壓器額定輸出不足（變壓器容量降低）。

5.3 對(duì)輸電線路的影響

我國(guó)目前在線運(yùn)行電力機(jī)車是一種單相大功率整流負(fù)荷，而且運(yùn)行具有很大的隨機(jī)性，這樣在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的諧波與負(fù)序電流，其通過(guò)牽引變電站會(huì)注入電力系統(tǒng)，不僅會(huì)使電力系統(tǒng)損耗増大、能量損失巨大、降低容量利用率，還會(huì)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量造成一定的影響，威脅電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

6 結(jié)語(yǔ)

鐵路和電力是國(guó)家的2 個(gè)重要基礎(chǔ)設(shè)施，肩負(fù)著促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康、快速發(fā)展并滿足廣大人口不斷增長(zhǎng)的需求的責(zé)任。電力鐵路的供電不僅取決于牽引電力系統(tǒng)的供電能力和質(zhì)量，還影響著電網(wǎng)能量的質(zhì)量以及電網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠，需要深入研究和科學(xué)決策。相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)與能源部門的溝通和協(xié)商，并根據(jù)國(guó)家的整體情況，共同研究制定合理的供電計(jì)劃和質(zhì)量控制措施。電氣化鐵路用電，促進(jìn)鐵路與能源協(xié)調(diào)發(fā)展，為提高人們的生活水平做出更大貢獻(xiàn)。