[摘 要]文中分析了電氣化鐵路對電網(wǎng)的影響，對我國電氣化鐵路的發(fā)展、供電方式及其對電力系統(tǒng)的影響進行了綜述。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，具有顯著的經(jīng)濟和社會效益，是當前鐵路發(fā)展的主要方向。同時電氣化鐵路牽引負荷是一種大功率單相整流負荷，它具有很大的移動性和波動性，產(chǎn)生的負序及諧波電流會對電網(wǎng)接入點的電能質(zhì)量產(chǎn)生不利影響�？偨Y(jié)了現(xiàn)有的治理措施。 

　　[關(guān)鍵詞]電氣化鐵路 電力系統(tǒng) 負荷特性 發(fā)電機 變壓器 

　　引言： 

　　用電力機車作為牽引動力的鐵路。世界上第一條電氣化鐵路于1879年在德國柏林建成。中國于1961年建成第一條電氣化鐵路一一寶成鐵路的寶雞至鳳州段。電氣化機車上不設(shè)原動機，其電力由鐵路電力供應系統(tǒng)提供。該系統(tǒng)由牽引變電所和接觸網(wǎng)構(gòu)成。來自高壓輸電線路的高壓電經(jīng)牽引變電所降壓整流后，送至鐵路架空接觸網(wǎng)，電氣機車通過滑線弓受電，牽引機車行駛。供電制式分為直流制。電氣化鐵路與現(xiàn)有其他動力牽引的鐵路相比，具有的優(yōu)越性是能源節(jié)省，其熱效率可達20%～26%，運輸能力大，功率大，可使牽引總重提高；運輸成本低，維修少，機車車輛周轉(zhuǎn)快，整備作業(yè)少、耗能少、污染少，粉塵與噪聲小，勞動條件也較好等。 

　　目前，我國鐵路建設(shè)在跨躍式發(fā)展新思路的指引下，全國路網(wǎng)整體規(guī)劃的戰(zhàn)略部署正在穩(wěn)步進行。電氣化鐵路以其高速、重載、環(huán)保的優(yōu)勢已成為鐵路發(fā)展的必然。本文意在對新建電氣化鐵路牽引站的供用電相關(guān)技術(shù)及經(jīng)濟問題進行探討。 

　　一、電氣化鐵路牽引供電原理 

　　電氣化鐵路的供電是將國家電力系統(tǒng)送來的三相高壓電變換成適合電力機車使用的單相交流電。牽引變電所從國家電網(wǎng)引入220千伏或110千伏三相交流電將三相電轉(zhuǎn)換為適合電氣列車使用的單相交流27.5千伏電源并送上接觸網(wǎng)。在架空接觸導線和鋼軌之間行駛。電氣化高速鐵路一般采用單相牽引變壓器，從電網(wǎng)兩相受電，對三相對稱的電力系統(tǒng)來說，電鐵牽引負荷具有非線性、不對稱和波動性的特點，將產(chǎn)生負序電流和諧波電流注入電力系統(tǒng)。 

　　二、電氣化鐵路負荷特性 

　　1、負荷波動頻繁 

　　由于客流分布在不同地區(qū)、不同時段千差萬別，鐵路運輸組織為適應客流需要，相應實施不同編組、不同追蹤間隔的列車運輸方案。所以，牽引變電所兩供電臂內(nèi)，列車的數(shù)量及每一列車的負荷狀態(tài)隨時都在變化，牽引變電所的負荷呈現(xiàn)出頻繁波動的狀態(tài)。牽引變電所的負荷隨著兩供電臂內(nèi)列車的數(shù)量及每一列車的負荷狀態(tài)隨時波動，有時輕載，甚至空載，有時負載較重，在節(jié)假日及鐵路故障后恢復行車等情況下，會出現(xiàn)列車緊密追蹤情況，此時，牽引變電所會出現(xiàn)負荷高峰值。 

　　2、牽引負荷大，可靠性要求高 

　　客運專線列車速度高，高峰時段密度大�？諝庾枇﹄S速度呈幾何級數(shù)增長，列車牽引力主要克服空氣阻力運行，牽引負荷很大。350km/h速度時，列車運行所需功率最高超過24000kW。且隨著我國高速鐵路技術(shù)的不斷完善和運輸?shù)男枰�，運營速度還可能進一步提高，牽引供電負荷亦還將相應增大。 

　　客運專線速度快，運輸能力大，將成為旅客運輸?shù)闹饕�交通工具。在國民�?jīng)濟和社會生活中，具有十分重要的作用。高速鐵路要求必須安全、可靠、正點運輸。 

　　3、列車負載率高，受電時間長 

　　列車在高速運行中，主要克服空氣阻力前進，空氣阻力隨速度呈幾何級數(shù)增長。列車維持高速運行時，需要持續(xù)從接觸網(wǎng)取得電能。所以，高速列車負載率高，受電時間長。 

　　4、短時集中負荷特征明顯 

　　客運專線具有顯著的時段特征。在早、晚時段和節(jié)假日的高峰客流期，根據(jù)客流量需要，可能組織大編組、高密度運輸，甚至在短時形成緊密追蹤，牽引負荷集中特征明顯。牽引供電系統(tǒng)應具有應對各種集中負荷供電的能力和條件。 

　　5、越區(qū)供電能力要求高 

　　由于旅客運輸能力和準點的需要，牽引供電系統(tǒng)應具有應對各種各樣條件下的供電能力。在出現(xiàn)某一牽引變電所解列退出供電的情況下，往往采用由兩相鄰牽引變電所越區(qū)進行供電。為了盡量減少越區(qū)供電對運輸能力和準點的影響，應避免過多的限制列車數(shù)量或降低列車速度，這樣會相應加大兩相鄰牽引變電所的供電負荷，特別是要求電力系統(tǒng)具有較大的短路容量，滿足超長距離供電需要。 

　　三、電氣化鐵路對電力系統(tǒng)的影響 

　　1、對發(fā)電機的影響 

　�。�1）汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子為敏感部位，因為汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子的諧波和負序溫升比定子大，存在局部的突出高溫部位，國內(nèi)曾發(fā)生過向電鐵供電的汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子部件嵌裝面過熱受損的事故。并且當負序電流流過發(fā)電機時，產(chǎn)生負序旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生負序同步轉(zhuǎn)矩，使發(fā)電機產(chǎn)生附加振動。諧波也會引起電機的振動并發(fā)出噪聲，長時間的振動會引起金屬疲勞和機械損壞。對鄰近牽引變電所而遠離（指電氣距離）電源的異步電動機，其定子繞組為敏感部位。同時還將在電動機中產(chǎn)生一反向旋轉(zhuǎn)磁場，此反向磁場對電動機轉(zhuǎn)子起制動作用，影響其出力。 

　　2、對電力變壓器的影響 

　　諧波電流在變壓器繞組要產(chǎn)生附加損耗，該損耗相當大，除此之外還能引起外殼、外層硅鋼片和某些緊固件發(fā)熱，并可能局部過熱，加速變壓器的老化，影響其使用壽命。負序電流造成電力系統(tǒng)三相電流不對稱，造成變壓器的額定出力不足（即變壓器容量利用率下降）。 

　　3、對輸電線路的影響 

　　諧波使網(wǎng)損增大，在發(fā)生系統(tǒng)諧振或諧波放大的情況下，諧波網(wǎng)損可達到相當大的程度。負序電流流過電力網(wǎng)時，它并不作功，只是降低了電力線路的輸送能力。4）對繼電保護和自動裝置的影響。諧波在負序（基波）量的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的科技創(chuàng)新導報工業(yè)技術(shù)干擾，如對各種以負序濾波器為啟動元件的保護及自動裝置的干擾。由于保護按負序（基波）量整定，整定值小、靈敏度高。濾波器為啟動元件時，實際運行中已引起保護和自動裝置誤動。 

　　四、電力系統(tǒng)電壓波動及偏差 

　　電力系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠的供電電源，是確保高速電氣化鐵路正常供電的基本條件。目前，高速客運專線一般采用220kV電源供電，基本上滿足供電需要。但在部分電網(wǎng)薄弱地區(qū)，由于系統(tǒng)短路容量偏小，電力系統(tǒng)供電電壓波動幅度較大，將會影響鐵路的正常供電和運輸，也同時影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和其他用戶的供電質(zhì)量。 

　　五、措施 

　　電氣化鐵路設(shè)計時由于牽引負荷較重，負荷不對稱性明顯，對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量有較大影響。牽引負荷產(chǎn)生的諧波電流雖然較大，但可以采取加裝動態(tài)無功補償裝置等有效措施進行治理。根據(jù)牽引負荷情況在進行供電方案設(shè)計時，可以考慮提高供電電壓等級、加強近區(qū)電網(wǎng)建設(shè)、選取短路容量較大變電站作接入點等措施。 

　　結(jié)語 

　　鐵路和電力同為國家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，對于促進國民經(jīng)濟又好又快發(fā)展，滿足廣大人民群眾日益增長的生活需求，負有共同的責任。目前，鐵路和電力都處于快速發(fā)展時期，電力系統(tǒng)對電鐵的供電方案，不僅關(guān)系到鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電能力和供電質(zhì)量，也同時影響到電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量及電網(wǎng)的安全可靠運行，需要綜合研究、科學決策。鐵路部門應加強和電力部門的溝通和協(xié)商，本著從國家大局出發(fā)，共同研究制定電氣化鐵路合理的供電方案和綜合電能質(zhì)量治理措施，促進鐵路和電力互利雙贏、和諧發(fā)展，共同為國民經(jīng)濟建設(shè)和提高人民生活水平作出更大的貢獻。 

　　參考文獻 

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