牽引網(wǎng)供電質(zhì)量改善問題的探討
閆秀芹
摘 要：　牽引網(wǎng)供電質(zhì)量差，運行環(huán)境惡劣。不但影響電力機車的正常運行還因其不對稱性嚴(yán)重影響整個電力系的三相負(fù)荷的平衡。本文通過分析并提出一些解決方法。
關(guān)鍵詞：牽引網(wǎng) 供電質(zhì)量 改善

大家知道，牽引供電系統(tǒng)其不對稱性嚴(yán)重影響整個電力系統(tǒng)的三相負(fù)荷的平衡。甚至?xí)�造成局部事故、故障。對此，我們從事牽引供電事業(yè)的同仁們均不懈努力，尋求其改善方法。就目前我所了解的情況形成此文以求與大家共同探討。
一、 各種牽引供電方式造成的影響
1.由于牽引網(wǎng)要保證運動的機車可靠供電，因此必須架設(shè)接觸網(wǎng)。這樣難免造成線路的供電壓損耗增加，從而致使接觸網(wǎng)大部分區(qū)段，尤其是末端電壓很難達(dá)到額定電壓的要求。達(dá)不到要求，使鐵路運輸在間隔段形成“瓶頸”狀態(tài)，嚴(yán)重制約整體運輸能力的發(fā)揮。
2.無功功率與功率因數(shù)的問題
目前，大部分機車采用直流電傳動而直流電傳動機車無功率大，功率因數(shù)低是眾所周知的，雖然我們采用了許多措施，如變電所并聯(lián)電阻，并聯(lián)電容電抗等靜態(tài)或者不同程度的動態(tài)無功補償裝置。但牽引負(fù)荷變化復(fù)雜，在無負(fù)荷或負(fù)荷小時、容性超前電流形成無功功率，造成個別區(qū)段功率因數(shù)低到40%左右。
3.諧波污染問題
單相供電的電力機車牽引的感性負(fù)載滯后的電流與相電壓之間的換相角最大只能達(dá)到40多度，這一缺口電壓，將引起網(wǎng)壓強烈震蕩，從而產(chǎn)生高次諧波電流，嚴(yán)重影響供電電網(wǎng)，破壞電網(wǎng)的基波電壓電流質(zhì)量。
4.單相交流電力牽引，負(fù)荷對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)序影響
鐵道電氣化單相供電的牽引負(fù)荷，造成電力系統(tǒng)的相電壓的嚴(yán)重不平衡而產(chǎn)生負(fù)序電流，對三相發(fā)電機好電動機的工作狀態(tài)，產(chǎn)生不穩(wěn)定的影響，并導(dǎo)致鐵道電氣化區(qū)段周圍其它用戶不能正常運行。如解決負(fù)序問題，雖然曾采用的、過三相中的兩相，如A、B兩相向變電所相反方向接觸網(wǎng)供電好加大變電所主要容量的方法，但由于牽引列車的不均衡波動，仍不能徹底解決負(fù)序問題。
5.電磁干擾和噪音的污染
電氣化鐵道供電網(wǎng)采用27.5KV供電，其本身具有電磁場分布的電磁干擾。另外上述各問題的產(chǎn)生加大了電磁輻射，嚴(yán)重干擾周邊環(huán)境。
二．現(xiàn)有的解決方法對存在的問題
如上所述，雖然針對不同類型的危害與影響而采用了不同的措施，但還是不能徹底解決，就目前所了解的幾種方法簡述如下。
1、 投運專用變壓器而實現(xiàn)牽引供電
牽引變壓器本身為專用變壓器，不允許接入其它非牽引負(fù)荷。但就如上問題有幾種變壓器比較特殊，如單相有載調(diào)壓變壓器，是通過有載或無載進(jìn)行調(diào)壓的方式而提高接觸網(wǎng)電壓，此方式雖結(jié)構(gòu)簡單，只能解網(wǎng)壓下降的問題。Y/△接線變壓器每個繞組供一相負(fù)荷，根據(jù)需要，兩繞組容量可不相單。這種方法主變利用率稍有提高，投資低，結(jié)構(gòu)簡單，同樣不能解決負(fù)序電流的問題。還有三相Y/△-11接線變壓器，使用較廣泛，但主要利用率很低，基本上超不過10%，另外變壓器本身較復(fù)雜。另外，三相繞組YN、d11、d1接線方式的變壓器,原邊接地Y形，中性點抽出，次邊有兩套繞組d11和d1。兩三角形對頂，并將對頂接地，另外引線接牽引網(wǎng)。這種方法，在兩三角形中形成負(fù)序后流經(jīng)頂點，總負(fù)序電流較小，在兩邊負(fù)荷對稱時幾乎不產(chǎn)生負(fù)序電流。
另外，目前牽引供電系統(tǒng)采用平衡變壓器——斯科特接線變壓器，這種變壓器能將三相變成兩相相差90°.此類變壓器還是不能很好的解決負(fù)序的問題。
2、采用輪換相序的接線方式
由同一供電系統(tǒng)的牽引變電所產(chǎn)生的多個負(fù)序電流（不同相位）相加，其總負(fù)序電流減小。因此接入多個不同相序的牽引變電所，可以降低流入同一供電系統(tǒng)總負(fù)序電流的影響。
3、對諧波影響的處理方法
（1）在牽引變電所總并聯(lián)電容補償裝置，改善功率因數(shù)、濾波等效果。
（2）在牽引機車上安裝并聯(lián)電容和濾波裝置，從而很好的抑制3次、5次等高次諧波。
三 、對以上問題目前新的發(fā)展及思路
以上所采用的所有方法均在實際運用中起到了相當(dāng)?shù)淖饔�，尤其對改善供電質(zhì)量有很大的幫助，目前這一領(lǐng)域，多數(shù)資料顯示采用大功率變頻技術(shù)是未來的發(fā)展重點及新的突破思路。
1、采用高電壓大功率GTC,多電平PWM變換器。
其原理是利用“交—直—交”電壓型多點平高電壓大功率PWM變換技術(shù)來改善牽引供電造成的影響。其原理框圖如下：
 

 

三相降壓變壓器三相輸入端，通過“交—直—交”變換器的“整流”作用，經(jīng)中間電壓型的電容濾波儲能得到恒壓直流Ud“直—交”側(cè)變換器是“單相逆變”裝置，輸出27.5KV到隔離變壓器，該變壓器次邊一端接地，另一端界供電接觸網(wǎng)。當(dāng)然，此方法投資大，維護困難，隨著科技發(fā)展，應(yīng)該較實用。
2、（1）采用三相不等容牽引變壓器
由于牽引變壓器運行時三相負(fù)荷嚴(yán)重不對稱，在Ynd11三相牽引變壓器的基礎(chǔ)上，將中相（B）富余量抽出，平均分配到兩個邊（A,C）相。
這種方法三相容量不等，三相阻抗相等，結(jié)構(gòu)變化小。
（2）三相變四相牽引變壓器
這種變壓器只適用于AT供電方式。其原理圖如下：

其鐵芯是“日”字形，變壓器四相側(cè)的零序電流與半零序電流不能變換到三相側(cè)，同樣，三相側(cè)的零序電流也不能變換到四相側(cè)。其運行均勻性和制造經(jīng)濟性都優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的斯考特變壓器。
（3）阻抗匹配牽引變壓器，承擔(dān)牽引負(fù)荷的過載能力較強，可用于110KV以上的電力系統(tǒng)。
3、采用可控電抗器配合并聯(lián)電容器組的動態(tài)補償彌補了靜態(tài)補償?shù)娜秉c。其工作原理圖如下：



動態(tài)補償裝置由靜態(tài)電容器組與動態(tài)單相可控電抗器組成，此裝置根據(jù)機車取流情況而改變電抗器值的大小來抵消容性電流。保證了功率因數(shù)，同時電容器組還對3、5次高次諧波形成濾波作用。很好的改善了供電質(zhì)量，提高里經(jīng)濟效益。
總體來講，電力牽引造成的“電污染”已經(jīng)非常嚴(yán)重，也是必須解決的問題之一，僅以此文為同仁們提供思路并相互探討不對之處望指教。
【參考文獻(xiàn)】：
1.接觸網(wǎng)，李偉主編，中國鐵道出版社，2000年3月
2電力牽引供電系統(tǒng)技術(shù)與裝備，賀威俊主編，西南交通大學(xué)出版社， 1998年10月
3.電氣化鐵道供電系統(tǒng)，楊玉菲主編，中國鐵道出版社，2004年12月
4.牽引變電所（第二版），林永順主編，中國鐵道出版社，2002年
 

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