電氣化鐵路對電力系統的負序影響和治理措施的分析

李 冬 程翠微 萬 里

（1、西南交通大學電氣工程學院，四川 成都 610031；2、成都電業局，四川 成都 610061）

當牽引負荷在電力系統中造成負序時，由于兩供電臂的牽引負荷都是隨機的，而且具有獨立性，所以就算采用三相—兩相平衡接線，仍然會有剩余的隨機波動的負序電流，沒有被平衡掉，從而進入電力系統，在電力系統中產生一些不良的影響。隨著電力系統容量不斷增大，負序對發電機和電網安全運行產生威脅的可能性越來越小，不過在電力系統容量相對薄弱的區段，或者在既有電氣化線路上開行重載列車時，或者電力系統按照最小運行方式供電時，負序問題仍然存在，應該受到足夠的重視。另外，盡最大可能降低負序，也有利于電力系統的經濟運行和電能質量的提高。

1、電氣化鐵路負序對電力系統的影響

(1)對同步發電機的影響：考慮到發電機的安全運行，其每相電流都不應該超過額定值，而牽引負荷引起了發電機不對稱運行，所以限制了發電機的出力；當負序電流流過發電機時，會產生負序旋轉磁場，同時產生負序同步轉矩，從而使發電機產生附加的振動，長時間的振動將會引起發電機的金屬疲勞和機械損壞；由于漏磁通和定子槽內導線電流的肌膚效應，會引起定子繞組的銅附加損耗；負序電流會引起發電機轉子溫升，而且比定子的溫升大，局部會產生高溫，使轉子受損。

(2)對異步發電機的影響：負序電流會在電動機中產生逆轉的電磁轉矩，逆轉的電磁轉矩較大時，會降低其運行效率。

(3)對繼電保護的影響：導致母線差動保護負序電壓閉鎖元件發生誤動；變電站主變壓器的復合電壓啟動過電流保護裝置的負序電壓啟動元件誤動；發電機的負序電流保護誤動；線路相差高頻保護誤動[1]。

(4)對電力變壓器的影響：負序電流會導致變壓器的額定出力不足。

(5)對輸電線路的影響：負序電流會降低電力線路的輸送電能的能力。

2、電氣化鐵路負序的治理措施

(1)牽引變電所輪流換相聯接牽引變電所輪流換相連接的示意圖，如圖1所

圖1 單相牽引變電所換相連接示意圖示[2]。

牽引變電所SS1、SS2、SS3分別接入三相電力系統中的CA相、AB相和BC相，接觸網對地的電壓分別為 Uca、Uab、Ubc。三個牽引變電所的輪流換相連接構成一個循環，從牽引變電所SS4處，開始下一個循環。由于牽引負荷的不對稱性，即使換相接入，三相的負荷也不可能達到完全的對稱，所有還會有一定量的負序電流注入電力系統。如果牽引變電所，采用完整的輪流換相接入電力系統，則注入電力系統的負序電流可減少70%左右。

(2)增加電力系統短路容量

由于負序對系統電壓不對稱的影響和系統短路容量的關系，為反比關系。所以，將供電電壓等級由110kV改為220kV，這樣電網的供電能力就會提高，負序電流問題就能夠得到緩解，能夠達到國標的要求[3]。

(3)采用SVC補償

當采用分相控制SVC時，不僅能夠解決電氣化鐵路負序的補償問題，而且能濾除高次諧波。靜止補償器優點在于它能保持結點電壓不發生變化，通過連續地調節向負荷提供無功功率，維持系統無功平衡[4]。

(4)采用STATCOM補償

相對于SVC，STATCOM具有以下優點：速度更快、負荷率適應性較好、工作效率高、輸出的諧波含量小[5]。當STATCOM是兩相結構時，它可以實現有功功率和無功功率的四象限控制，在對牽引變電所兩供電臂無功動態補償的同時，可調節其兩供電臂的有功潮流，實現牽引負荷的動態平衡。采用STATCOM補償的缺點在于價格較為昂貴。

[1]盧志海，厲吉文，周劍.電氣化鐵路對電力系統的影響[J]繼電器，2004,32(11)：33-36.

[2]譚秀炳.交流電氣化鐵路牽引供電系統[M].成都:西南交通大學出版社，2007.

[3]萬慶祝.牽引供電系統負序問題研究[D]清華大學博士論文，2008.

[4]田旭東，宋志剛，劉雙全.高速鐵路供電負序問題的分析和治理對策[J].鐵道技術監督，2008,36（5）:36-39.

[5]電気學會.靜止形無効電力補償裝置の省エネルギー技術調査専門委員會.靜止形無効電力補償裝置の省エネルギー技術.日本東京:電気學會技術報告第973號.2006.