1、铁路牵引与供电系统的问题及对策摘要：在当前技术条件支持下，铁路牵引供电系统的主要组成部分包括三个方面：牵引变电所、电气化铁道一次供电系统和牵引网。其中，牵引变电所可以说是确保整个铁路牵引供电系统运行安全与可靠的核心要素所在。在整个牵引供电系统的运行过程当中，电气化铁道一次供电系统需要向牵引变电所当中输入三相交流高压电能，通过对三相交流高压电能的处理，以降低其电压等级。在此基础之上，牵引网通过构建馈电线、接触网、大地回流线、以及轨道载体的方式，确保电能能够有效、安全地传输至电力机车当中。同时，还可配合将系统运行所对应的牵引回流电流导入主变压器设备内部。 关键词：铁路牵引 供电系统 问题 对策 中
2、图分类号：U223 文献标识码： A 1、电气化铁路的牵引供电系统 1.1 牵引供电系统的组成 高速电气化铁路的牵引供电系统主要有接触网和牵引变电所组成，其中牵引供电系统的电流的回路主要是由牵引变电所馈电线接触网电力机车钢轨回流连接接地网组成闭合电路。牵引供电系统的功能主要是将电力系统的电源引入到牵引变电站内，然后通过变压器将电压变成为满足电力机车的运行的电压制式，接着将电压通过馈出线引入到接触网，最后在电力机车上安装受电弓，从而使电力机车获得电压。 1.2 牵引供电系统的负荷特性 牵引供电系统的负荷特性与普通铁路牵引供电系统的负荷特性不同，其主要区别在于普通铁路的牵引供电系统的特性比较适应线
3、路阻力以及牵引负载的机车负荷特性而出现的不均性或者负荷小的特点。而高速牵引负荷主要是负荷的增加不仅在克服线路阻力和牵引负载，更多的消耗在列车克服高速行驶的空气阻力所需要的动力上。并且高速铁路的牵引负荷还能够满足持续性的要求。 2、铁路牵引供电系统存在的问题及应对方法 2.1 谐波电流方面 从系统负载的角度上来看，电力机车的负载指标呈现出了相对随机以及感性的变化规律。电力机车所对应的基波电流滞后于电压一定角度。同时，受到变压器、牵引电机等相关设备所具有非线性调节功能因素的影响，进而导致电力机车当中的电流内含有一定比例的谐波成分。同时发现，相对于整个三相供电系统而言，这部分谐波成分的分布呈现出了相
4、对不对称的状态。因此，可以总结：牵引供电系统之所以成为整个电力系统运行过程当中最主要无功源、以及谐波源的因素在于：过高的牵引负载功率、过于随机的时空分布、以及不对称的三相谐波分布。 2.1.1 问题分析 在铁路特别是井下工作面牵引供电系统的运行过程当中，受到谐波电流影响，主要表现出了以下几个方面的问题： （1）会对电力网设备产生影响。谐波电流的存在会导致变压器、乃至整个电力线路在正常运行状态下的附加损耗呈现出明显的加大趋势，引发系统设备出现过热问题。一方面会使得相关设备的绝缘寿命大大降低，另一方面会使得功率因数以及设备容量的利用水平呈现出一定程度上的削弱。 （2）会对电力网局部性动作产生影响。
5、结合笔者实践工作经验来看，在牵引供电系统，变电站的周边，所对应的串联形式以及并联形式的谐波比例明显高于其他位置，因此会导致电网以及电容器组呈现出频繁性的并联谐振问题。受到此因素影响，牵引供电系统当中的电容器组可能会出现无法运行、甚至是损坏的问题，引发负载功率因数长期性的处于低水平状态当中。 2.1.2 应对方法 （1）对铁路井下工作面机车的运行性能进行合理的改善。改善的核心在于，提高工作面机车的功率因数。在机车上配备功率因数的校正装置，达到减少谐波产生问题的目的。与此同时在交一直机车内，当整流环节采用四象限 PWM 整流器装置的情况下，可以使井下工作面机车在正常运行状态下，所对应的输入电流基波
6、能够与电压始终保持在相同状态下，进而达到解决功率因数与低次谐波相互配合方面的问题； （2）还需要基于对就近原则的合理应用，实现对谐波电流以及无功功率的有效补偿。一般来说，所采取的补偿方案是基于有源与无源相互配合的综合性补偿方案，配合对 SVC 静止型动态无功补偿装置以及 APF有源滤波器装置的应用，达到提高补偿器运行性能、与降低系统工程造价的目的。 2.2 负序电流方面 在铁路牵引供电系统的运行过程当中，牵引变电所选取的连接方式主要包括：单向连接式、单和 v 形连接式和 D-11 形连接式。通过上述连接方式均可实现对电压等级的有效变化。结合实践工作经验来看，单相牵引负载对三相供电系统的影响与牵
7、引变电所所选取连接形式的不同，是存在一定相关性关系的。在牵引变电所采取上述三类连接形式的情况下，均不可避免的在电力系统内形成一定的负序电流。换句话来说，在采取纯单项连接方式的状态下，尽管变压器的容量利用率能够维持在较高水平状态，且运营维修相对便捷，但受到电流不对称系数的影响，会出现比较严重的三相不对称问题。同时，在采取单和 V 形连接式、以及D-11 形连接式方案的情况下，功率因数角差值会受到供电臂负载电流、以及电流不对称系数的双重影响。 2.2.1 问题分析 负序电流不单单表现出了无功功率的危害，同时还会产生如下几个方面的不良影响： （1）会导致旋转电机出现比较明显的附加振动现象，同时出现相
8、对高频率的振动问题，上述问题的出现会影响系统运行的正常性。同时，从安全性的角度上来说，同步发电机定子各项电流均需要限定在额定限制范围之内。当定子流过负序电流的过程中，为了确保各项电流控制在额定数值范围之内，就必须要对发电机运行参数进行合理的降低与控制处理。 （2）会对整个电力网的输电能力造成一定程度上的削弱。在负序电流流经电力系统的过程当中，一方面不会出现正常性的做功，另一方面还极有可能导致电能损失问题的加重，并对其所对应输电系统的容量造成显著的削弱影响。2 铁路牵引供电系统的应对策略分析 2.2.2 应对方法 在考虑负序电流因素的基础之上，为了使系统不平衡程度能够限制在预定标准之内，就需要重
9、点采取以下几个方面措施与方案。 （1）体现大容量以及高电压的供电标准，确保其贡献系统能够具备较强的承受不平衡负荷的能力； （2）能够通过对三相一两项平衡牵引变压器设备的应用，确保在两个端口负荷取值完全一致的状态下，变压器三相电流能够处于完全对称的状态下。 3、结束语 在电力牵引供电方式不断发展，电力机车运行性能持续提高的背景作用之下，运输方式中对于电气化铁路的关注度不断提升。特别是对于我国而言，受到电气化铁路建设发展进程不断完善的因素影响，加强对电气化铁路技术的研究工作是尤为重要的。而铁路牵引供电系统作为铁路运行过程中关键性的要素之一，在保障供电质量高水平实现方面有着重要的意义。结合当中存在的问题，采取相应的完善措施，这一点至关重要，希望上述研究能够引起关注与重视。 参考文献： 1 王明飞,江安.框架泄漏保护设置分析J. 都市快轨交通. 2008(06) 2 朱德敏,王纯伟,赵明.框架泄漏保护装置的应用与分析J. 电气化铁道. 2004(03)
