发表时间：2019-07-10T15:40:53.827Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年5期作者：丰盛
[导读] 随着科学信息技术的飞速发展，我国铁路建设事业也获得了跨越式发展。
中国铁建电气化局集团北方工程有限公司山西太原 030021
摘要：随着科学信息技术的飞速发展，我国铁路建设事业也获得了跨越式发展。一种具有高速、重载和环保特点的新型铁路形式，即电气化铁路，开始登上铁路建设的历史舞台，并且逐渐成为铁路发展的必然趋势。文章对我国电气化铁路配电过程中电能质量存在的问题进行了逐一分析，并就如何进行电气化铁路配电过程中电能质量综合补偿技术进行了深入探讨。
关键词：电气化铁路；供配电；电能质量；综合补偿技术
引言
铁路是我国最重要的货运方式，是国家经济的大动脉，机车牵引供电网安全和稳定性对电气化铁路正常运营至关重要。但是电力机车使用单相以及整流的方式供电，存在着负序、谐波以及无功等电能质量问题，采用一定的技术措施进行电能质量综合补偿，是保证电气化铁路供电稳定的重要措施。 1 立项背景
电气化铁路的用电多是发电、变电、用电及各种变频、软启、半导体换流器件等诸多发输变和供配电设备集中应用，铁路内部电力网规模逐渐扩大，电网结构越来越复杂，冲击性、非线性用电负荷又过于集中，10kV用电负荷均采用电缆线路供电，这就使得10kV配出电缆线路增多过快，导致10kV系统中的电容电流严重超标，而随着电力负荷的不断增大，特别是接入铁路企业内部电网的半导体换流器及冲击性和非线性负荷的不断增多，使得系统中的无功损耗大大增加，谐波分量逐渐加大，电能质量频频下降，严重干扰或降低了铁路部门供电系统中的电能质量，对电力系统安全运行构成严重危害，曾一度造成电气事故频发，给电气化铁路安全运行带来了严重威胁，所以对电能质量进行综合补偿治理势在必行。
2 电气化铁路配电网电能质量问题
由于铁路配电网系统中采用的一些电子技术存在非线性的特点，导致铁路配电网系统的谐波含量严重超标，造成了电力损失现象，不利于电网系统的安全与稳定。
2.1 谐波
铁路配电网系统中出现的电流或电压的波形畸变的现象，称之为电力谐波，由于时变性和非线性的电
力电子装置在铁路配电网中的应用，使铁路配电网系统出现谐波，它主要来源于：（1）电源自身产生的谐波。电源内部发电机的三相绕组及铁心难以完全对称和一致，并且其内部存在较强的电磁场，对于电源会产生一些谐波，然而这种谐波的出现概率较小。（2）铁路配电网产生的谐波。这主要是在铁路配电网系统的变压器长期运行的状态下，会产生铁心出现饱和的现象，加之变压器的磁化电流波形较为尖锐，会产生较大的奇次谐波。（3）铁路配电网设备产生的谐波。铁路配电网采用的交流调压装置、整流装置等电力设备都会产生谐波，这是由它们的非线性和时变性所造成的，是铁路配电网系统最为主要的谐波源，极大地危害和降低了电能的质量。
不干胶标贴铁路道口声光报警器2.2 无功功率
在铁路配电网系统中的变压器和异步电动机等设备属于阻感负载，要消耗大量的无功功率。一些电抗器、配电线等也要吸收和消耗一些无功功率，还有电力电子等非线性装置如：整流装置、功率调节电路等都要消耗无功功率，这主要是由于这些电力电子等非线性装置的基波电流和电压相位不一致而生成的。
3 电气化铁路配电网电能质量综合补偿技术
3.1 无功功率补偿
无功补偿主要依赖于相关设备所产生的无功功率，由此提升系统本身的功率因数以达到提升电压质量、降低能耗的目的。无功补偿设备的配置，应按照“分级补偿、就地平衡、合理布局”的原则。
①首先要保证整体与局部的平衡，即既要确保全铁路供电电网总的无功平衡，还应确保各铁路配电站以及各铁路配电线的无功平衡。
②其次要使得电力部门与铁路配电网之间的电力补偿相互结合，在配网循环中，铁路配电网侧消耗的无功功率达50％～60％。剩余部分则会在配网循坏中被消耗，所以为了达到减少无功功率在运输中的消耗就应当尽可能实现就地补偿，这就要求从电力部门与铁路配电网两方共同进行补偿。美容喷雾器
③此外还要坚持分散补偿与集中补偿同时进行。在这一过程中还要坚持以分散补偿为主要补偿形式。即在铁路配电网中的分散的负荷区如铁路配电变压器或者铁路配电线路及铁路配网用电设备中实现无功补偿。而集中补偿作为辅助补偿形式，主要是对铁路变电所中的大容量变电设备进行无功补偿。
④坚持降损与调压结合进行，在这一过程以降损为主，调压为辅。这一补偿原则主要是针对铁路配电网线路复杂、符合分散且功率因数相对较低的电路，由于该类线路本身的线损率较大，所以对其进行补偿可以显著提升线路本身的供电能力。
十字滑块联轴器⑤坚持高压补偿与低压补偿辅助进行。同时也要做到以低压补偿为主，高压补偿为辅。
3.2 无源滤波装置
无源滤波装置的主要构件包括电容器、电抗器以及电阻器等。其主要是对某一次或者该次以上的谐波形成低阻抗通路，以此抑制高次谐波。基于SVC的调节范围由感性区延伸至容性区，因此应当使滤波器与进行动态控制的电抗器实现并联，由此在改善功率因数、实现无功补偿的同时，消除高次谐波。
3.3 有源滤波器
由于无源滤波器特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚至出现谐振现象，进而促使人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。有源滤波装置的运行原理是利用功率可控的半导体设备向电网中输注和谐波源幅值相等、相位相反的电流，以此中和电源中的总谐波电流，使其为零，最终实现实施补偿谐波电流的目的。较之于无源滤波器，该装置不仅可以补偿各
次的谐波，还能做到补偿无功、抑制闪变，因此其性价比更优。此外，由于滤波本身不会受到系统抗阻的影响，这也就避免了出现谐振的情况。与此同时，该装置本身适应性较好，因此可以自主完成对谐波的跟踪补偿。
阳极化处理4 铁路有源功率控制器控制策略
铁路功率控制器正常工作需要稳定的直流侧电压，所以有源功率控制器需要同时负责直流侧电压控制，两个变流器单元同时进行谐波一致和无功补偿以及整流逆变，通过一个直流侧进行连接，可以理解为两个独立变流器，同时承担功率模块开关损耗，保证两个变流器的功率相等，实现三相电流对称。
喷射混凝土用速凝剂因此，有源功率控制器补偿参考电流是负序、谐波和无功参考电流上叠加直流侧电压控制需要的有功电流，直流侧电压通过两个变流器共同维持，两个变流器侧功率平衡，都能够保持较高的相应速度，因此，有源功率控制可理解为直流侧电压外环和电流内环双环控制。
5 某铁路牵引变电所电能质量治理案例
某铁路线所在的两座铁路牵引变电所、济宁西变电所相继出现交流所用电源由10kV切换至27.5kV电源后，由于外部电源质量存在问题，烧损所内西门子双电源切换装置和交直流监测模块，导致交流屏失去外部电源的情况，综自、远动设备失去电源，不能正常对设备进行监控和操作，严重影响牵引变电所的正常运行，给供电安全带来隐患。
通过对该铁路线10个牵引变电所的27.5kV自用变二次电源进行电能质量监测发现，10kV所用电源电能质量较高，27.5kV交流电源中含有大量高次谐波，其中以三次谐波是主要成分之一，电压极不稳定，电能质量偏低，不能满足综自等保护设备对电源的需求。
我们对造成大量高次谐波出现的原因进行了认真分析和监测，基本排除了由地方110kV外电源引入的可能，主要原因一是该铁路线各牵引变电所1ZB直接引自27.5kV母线，由于线路运行的电力机车多为交直型，由于机车内部大功率晶闸管整流装置及大量开发应用，造成整个负载呈现容性，机车本身不具备消除谐波的能力，导致了大量的高谐波向牵引变电所返送；二是由于电气化铁路的负载是非线性负责，负载变化较大，因负荷变化频繁并含有大量高次谐波向27.5kV侧反送，使得接引自27.5kV母线自用变二次输出电压极不稳定，电能质量均较低，同时含有大量高次谐波。
通过对自用变存在的谐波问题进行认真分析，结合电力系统治理谐波的经验，主要对策有以下三个方面：一是积极联系机务部门，对线路运行的电力机车进行换型，更换为交直交型电力机车，防止因负荷变化引起高次谐波；二是采用10kV贯通电源作为所电主电源，无特殊原因，不得使用27.5kV自用变电源；三是对27.5kV自用变二次电源进行谐波治理，彻底消除所用变高次谐波存在，电能质量差的问题。
6 结束语
总之，我国经济的不断发展进步，科学技术强有力的支持，电气化铁路对于供电电能质量提出了更高的技术要求。电能质量直接与铁路安全运行有着直接的关系，因此提高电气化铁路配电系统的电能质量是不容忽视的问题。
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