世界上第一條高速鐵路于1964年第一次自1964年在日本新干線運營。自此以后，由于高速鐵路自身所具有的優(yōu)勢（如較大的運輸吞吐量、方便舒適的乘車環(huán)境以及綜合能效高等），這一新興的運輸方式逐漸被越來越多的國家重視起來。就目前全球鐵路運輸?shù)陌l(fā)展來看，電氣化運輸已經(jīng)成為未來鐵路運輸發(fā)展的趨勢之一。因而，電氣化鐵路發(fā)展的水平就成為本國運輸技術(shù)水平的重要標志。其中，最具代表性的當屬法國在1981年建成的TGV高速鐵路及1991年實現(xiàn)全線通車的德國ICE高速鐵路。至此以后，意大利以及亞洲的韓國的高速電氣化鐵路也相繼建成并投入運營。

　　摘要：電氣化鐵路具有運量大、速度快、運費低、能耗較低、受自然影響小等優(yōu)勢，是當前鐵路發(fā)展的主要方向。與此同時，由于電氣化鐵路牽引的負荷非常大。因此在整個電網(wǎng)中，電氣化鐵路本身所具有的移動性和波動性便成為對電網(wǎng)接入點造成影響的主要原因。就電氣化鐵路負荷的特點，分析電氣化鐵路對整個電網(wǎng)所產(chǎn)生的影響，并總結(jié)現(xiàn)有應(yīng)對措施提出了意見及建議。

　　關(guān)鍵詞：牽引供電系統(tǒng),電力機車,治理措施,優(yōu)化設(shè)計

　　對于我國的鐵路發(fā)展而言，本世紀的前20年不得不說是對我國高技術(shù)鐵路發(fā)展最為重要的時期。也正是在這一時期，我國構(gòu)思已久的高技術(shù)鐵路網(wǎng)計劃得以付諸實踐。這一計劃的主要目的是截至2020年，我國境內(nèi)鐵路運輸總里程要達到10萬公里。其中，主要的繁忙運輸路線要實現(xiàn)客運和貨運分線，且復(fù)線呂和電氣化水平要超過總線路的一半以上。另外，為了滿足我國經(jīng)濟發(fā)展和各方面的需求，上述涉及到的技術(shù)水平和各項指標均要求達到或接近國際同類型行業(yè)的先進水平。此外，在“四縱四橫”規(guī)劃體系中，要求省會和大中城市之間必須建立專屬的告訴客運直通車。這就要求三個國際性城市的專屬客運系統(tǒng)專線里程要超過1.2Km以上，鐵路運輸時速要達到或超越200Km/h。通過多年的調(diào)研以及相關(guān)技術(shù)攻關(guān)，終于在2008年8月1日，我國第一條高速現(xiàn)代化鐵軌在京津段實現(xiàn)通車并投入使用。這一高鐵的時速達到了驚人的350公里，毋庸置疑我國京津段高速鐵路的建成通車使得我國躋身于高速鐵路技術(shù)世界先進的行列。

　　縱觀世界高速鐵路電氣化的進程，其動力車頭無外乎分交-直型和交-直-交型。由于電氣化機車的電能載荷較為特殊，電力機車對電網(wǎng)的影響以及其運行狀態(tài)越來越受到鐵道部門和電力部門的關(guān)注。在運行過程中由于電力機車是一種波動性很大的單相負荷。因此，在運行中產(chǎn)生的逆序和諧波便通過牽引變電站直接注入電網(wǎng)系統(tǒng)。然而，上述電氣化機車所產(chǎn)生的負序和諧波會直接影響我國電力系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。所以電力機車在工作中所產(chǎn)生的各種負荷及其產(chǎn)物受到了各國政府及相關(guān)機構(gòu)的重視。

　　針對我國的電氣化鐵路進程而言，我國的高速鐵路主要是以高速車頭為主。但是由于經(jīng)濟發(fā)展對此類技術(shù)的要求越來越高，此時對鐵路運輸系統(tǒng)的速度以及載重也要求的越來越苛刻。鑒于交-直型高速動車組的優(yōu)勢而言，目前對這兩種鐵路機車負荷的研究工作也已日益增多。

　　因此，本文就電氣化鐵路負荷對電力系統(tǒng)的影響以及其自身的特點等多方面就電能質(zhì)量的綜合利用進行分析。

　　1電氣化鐵路和供電方式

　　1.1牽引系統(tǒng)的供電方式

　　對于各國所發(fā)展的高速鐵路而言，高鐵所涉及的供電牽引系統(tǒng)主要由變電站和接觸網(wǎng)兩大部分組成。二者協(xié)調(diào)運作最終保證了牽引供電系統(tǒng)的變電，配電以及送電工作。

　　作為系統(tǒng)中的核心組成部分，牽引變電所的職能是要將國家電網(wǎng)輸入的三相高壓電轉(zhuǎn)換為能夠和電力機車輸入端相吻合的電能。在完成上述操作后，變電站還需要將經(jīng)過轉(zhuǎn)換的電能輸入到接觸網(wǎng)以便電力機車供電模塊調(diào)用。在上述功能的實現(xiàn)中，變電站所涉及的電氣部件可謂是“五花八門”，“種類繁多”，其中最常見的有變壓器、繼電器、電能傳輸母線等。

　　為了使得高壓變電后的電能可以被電力機車供電模塊所調(diào)用，接觸網(wǎng)便成為了連接牽引變電機構(gòu)和機車供電系統(tǒng)的橋梁。顯而易見，接觸網(wǎng)的電力負荷直接影響高速機車的運行速度及負荷能力，但對于輸電系統(tǒng)來說線路負荷時靜止的。在如此之多的因素共同作用下，鐵路線路的可靠性便顯得尤為重要。因此在設(shè)計接觸網(wǎng)的時候，滿足電力機車弓網(wǎng)耦合和減小運行中接觸網(wǎng)與弓網(wǎng)的機械振動和沖擊便成為了主要的設(shè)計指導(dǎo)思想。

　　作為變電站與電力機車直接聯(lián)系的橋梁，接觸網(wǎng)的機械組成部分主要包括：懸掛支撐模塊接觸網(wǎng)主要由接觸懸掛、定位裝置等。

　　1.2供電電壓

　　根據(jù)我國電網(wǎng)的設(shè)置，我國電氣化鐵路牽引采用單相50Hz交流制。通過電網(wǎng)輸出的110kV或220kV的雙電源或雙回路為牽引變電站供電。此外，在牽引變電站通過變壓器降壓等程序分相介入鐵路上方的接觸網(wǎng)為電力機車提供能源。就一般而言，變電系統(tǒng)為機車母線提供的額定電壓為25KV，不難看出，與之配合使用的基礎(chǔ)網(wǎng)、動力機車等采用的額定電壓也為25KV。然而在我國廣泛使用的外部電源等級為110KV。直到哈爾濱至大連的高速鐵路建成以后，我國220KV級的鐵路線才陸續(xù)建成。值得一提的是，我國今年來所新修的線路大多是使用220kV外部供電這一模式來運行的。

　　1.3接觸網(wǎng)

　　所謂接觸網(wǎng)是指為動力機車直接提供與之相配套電源等級的動力供電網(wǎng)絡(luò)。想象的說就是動力機車族在通過受電弓接觸電網(wǎng)后獲得其運行所需的電能。接觸網(wǎng)在電氣化鐵路中的應(yīng)用形式有很多，比如直接供電方式、允許回流的直接供電模式等等。以往我國的電氣化高速鐵路主要是采用BT方式供電，然而隨著普通鐵路相繼采用這一模式后，目前我國主要采用的供電方式轉(zhuǎn)為供電臂較長的AT供電方式。

　　1.4牽引變壓器接線方式

　　在我國，主要采用V/V接線法YNd11接線法和SCOTT接線法這幾類牽引變電器的接線方法。其中：SCOTT接線和阻抗匹配平衡接線屬于平衡變接線。單相變由于接線方法簡單、高可靠性、利用率高等優(yōu)勢，往往配合AT供電方式的方案會作為鐵道部門的首選。利用這一方式，可以大幅度的增加牽引供電半徑且降低了大部分的運行成本與工程造價。然而，對于其他的供電方式來說，采用單相變的供電系統(tǒng)的負序電流概率最大。當兩供電臂的電力負荷相等時其不對乘系數(shù)為1。因此這一類供電方式給電力系統(tǒng)帶來的負面影響也最為明顯。

　　V/V接線（V形接線）。此法通常采用2組單相變壓器組成一個開口的三角形。再起高電壓一側(cè)，采用三相高壓輸入。此類接線是指采用2臺單相變壓器連結(jié)成開口三角形。在其高壓側(cè)，則采用3相供電。采用這一方式的供電系統(tǒng)在容量利用方面可以達到驚人的100%。此外在工作過程中V型接線還可以使得負序容量降低至正序的一半左右。顯而易見，相比較于單相接線法而言，這一接線方式可以在很大程度上減輕動力機車對電網(wǎng)的不利影響。此外由于其對容量的充分利用，還從根本上避免了設(shè)計上帶來的容量冗余等問題。

　　YNdl1接線方式屬于標準的連接方式。在這一連接方式下，變電器實質(zhì)上起著兩個單相負荷的作用。器二次側(cè)相當于兩個單相負荷，由于在運行過程中兩個負荷相對獨立，從而造成了電流在傳輸過程中的不對稱。因此這種接線方式的應(yīng)用在一定程度上也收到了限制。

　　2電氣化鐵路對電網(wǎng)的影響

　　采用單相供電和整流的電氣化系統(tǒng)在使用時往往會對電網(wǎng)造成一定負面的影響。如單相供電往往使得三相負載嚴重失衡，常常由此產(chǎn)生的負序電流進入供電網(wǎng)絡(luò)后會使得牽引模塊負荷的頻繁變化產(chǎn)生電流沖擊。長此以往，系統(tǒng)的供電質(zhì)量會嚴重下降。在上述作用的影響下，電機和變壓器內(nèi)部產(chǎn)生的附加損耗會導(dǎo)致整體發(fā)熱量變大。在浪費資源的同時也嚴重的影響了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。另外，這一結(jié)果還會導(dǎo)致通信設(shè)備的工作受到嚴重干擾，導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備的保護機制頻繁啟動或失效。

　　3應(yīng)對措施

　　通過國外同行在這一領(lǐng)域的應(yīng)對措施及相關(guān)經(jīng)驗，為了避免上述諧波和負序電流造成的危害，在設(shè)計施工時的主要應(yīng)對方案應(yīng)該從供電方式的優(yōu)化與功率補償兩個方向入手。

　　3.1優(yōu)化牽引供電方式

　　就一般而言，我國鐵路供電系統(tǒng)在接入時除了采用換相接入模式外，常常還采用接入高能的外部電源。為對于牽引變壓器的選擇，應(yīng)當在配合整個電力系統(tǒng)負荷的前提下減少客戶端對其造成的影響，從而實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。如上所述，在半年氬氣的選用方面，需要優(yōu)先考慮可以減小三相失衡的穩(wěn)壓變壓器。

　　3.2無功補償裝置

　　對于無功需求較大的牽引站而言，常常需要在電網(wǎng)返送無功時對其進行動態(tài)補償。這部分的硬件補償裝置主要是由單相固定（自動跟蹤）和三相動態(tài)無功補償兼濾波裝置等硬件模塊組成。

　　4結(jié)束語

　　作為高耗能行業(yè)，毋庸置疑，鐵路電網(wǎng)的電力需求增長點對于地方經(jīng)濟都是至關(guān)重要的。因此不難看出，強大的電力系統(tǒng)為電氣化鐵路的安全運行提供了強有力地保障。為此，對于負序電流的治理還需要加大投資力度。

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