文档介绍：电气化铁路并网对电能质量的影响分析
电气化铁路对国民经济发展和社会进步具有重要意义。然而,电力机车负荷的非线性、不对称、冲击性等特点,引发了电力系统谐波、负序电流以及电压波动和闪变等电能质量问题,降低了电力系统的供电质量,影响电力系统的安全和经济运行。
传统电气化铁路采用交-直型电力机车,会产生较高的谐波,且功率因数较低。与传统电气化铁路相比,高速铁路具有牵引负荷大、可靠性要求高、负荷波动频繁、列车负载率高、受电时间长等特点,对牵引站容量和电网配套供电能力提出更高的要求。牵引供电负荷采用交-直-交型电力机车,功率因数接近1,无功的影响相对交-直型电力机车有所改善。但由于仍采用了大量整流、逆变等电力电子器件,因此不可避免地还会产生一定的谐波电流注入公共电网。此外,由于高速铁路牵引供电负荷牵引功率大幅提高,且负荷单相供电,将产生大量的负序电流,导致公共电网的三相不平衡。因此,高速铁路对电力系统电能质量的影响主要是谐波和负序的问题。负序电流使发电机产生转子附加损耗与发热和附加振动,使电力系统中以负序分量启动的继电保护装置误动作,增加变压器的附加量损失和发热等,严重影响电力系统的安全稳定运行。谐波电流给发电机、变压器电力设备带来额外功率损耗,引起继电保护装置误动或拒动,降低了电力系统的可靠性。
一、电气化铁路供电系统
电气化铁路供电系统(power supply system for electrified railway)由电力系统经高压输电、牵引变电所降压、变相或换流等环节,向电气化铁路运行的电力机车、动车组输送电力的全部供电系统,系统结构图见图1。电气化铁路供电系统通常包括两大部分,即对沿线,牵引变电所输送电力的外部供电系统,以及从牵引变电所经降压、变相或换流(转换为直流电)后,向电力机车、动车组供电的变、直流牵引供电系统。供电方式有:直接供电方式、带回流线的直接供电方式、BT供电方式、供电方式。
图1 电气化铁路供电系统结构图
1 直接供电方式
直接供电方式如图2所示,牵引网由接触网和钢轨组成,具有回路简单、成本低等特点。但是由于负荷电流经钢轨流入大地,会对通讯线路产生干扰,而且牵引网末端的供电电压比较低。
图2 直接供电方式示意图
2 带回流线的直接供电方式
带回流线的直接供电方式如图3所示,牵引网由接触网、钢轨和回流线组成。回流线架设在接触网支柱上,与钢轨并联。回流线与接触线之间距离尽可能小,从而增加两者之间的互感,使经钢轨回流到牵引变电所的电流多数经过回流线回流到牵引变电所,降低对通信线路的影响。
图3 带回流线的直接供电方式示意图
3 BT供电方式
BT供电方式如图4所示,相对于带回流线的直接供电方式,增加了吸流变压器。吸流变压器原边串联接入接触网,次边串联接入回流线。两个吸流变压器
之间通过吸上线将钢轨和回流线连接起来,吸上线为机车电流流向回流线提供了通路。由于吸流变压器的电磁作用,当吸流变压器原边流过机车电流时,会在副边产生很大的互感电势,迫使流经钢轨的大部分电流经过吸上线流到回流线中,返回牵引变电所,同样可以减小对通讯线路的干扰。但是安装吸流变压器会使牵引网单位长度阻抗增加,加大供电电压损失和电流损失,而且吸流变压器会造成接触网分段,产生电弧,在高速运行及负荷较大时更为严重。
图4 BT供电方式示意图
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