電氣化鐵路對沿線電力系統電能質量的影響研究

2011-08-18 08:44:24商文穎凌立平

東北電力技術 2011年9期

商文穎,梁毅,凌立平

(東北電力科學研究院有限公司,遼寧沈陽 110006)

對供電電網來說,電氣化鐵路負荷狀態極其惡劣,它使牽引供電系統電能質量惡化并造成電能巨大浪費,同時也導致牽引網電壓波動,嚴重時使機車牽引力下降,從而降低整個運輸線路的運輸能力,總結起來電氣化鐵路對供電系統的影響存在4個方面的問題:諧波;三相不平衡 (即負序電流的影響);功率因數低;電壓波動大[1]。

本文以秦沈電氣化鐵路為例,對電氣化鐵路引起諧波及負序對電網的影響進行研究。以昌圖牽引站及由昌太線送出的太陽山風電場為例,分析電氣化鐵路對其同一并網點風電機組的影響。

1 秦沈電氣化鐵路簡介

秦沈電氣化鐵路采用兩相式供電的接線形式,每站設等容量的變壓器,由2條220 kV兩相線路直接供電,取線電壓,變壓器變比為220 kV/27.5 kV。同一個牽引變電所取相同相別的兩相線路,整個供電區域不同牽引變電所取的線路相別是均勻分布的,以保證電網負荷的均衡。正常方式時,線路變壓器組一路運行,另一路備用,接線路變壓器組方式實現備自投。牽引站內不設220 kV母線,27.5 kV側母線為母線分段接線,母線上裝設2組并聯電容補償裝置補償無功,補償后功率因數可達0.9以上。

2 諧波分析

2.1 電氣化鐵路諧波特點[2]

a. 單相獨立性。我國鐵路供電系統均采用兩相供電制,但兩相負荷相關性很小,通常認為兩臂負荷是獨立的。

b. 隨機波動性。牽引供電系統產生的諧波電流隨基波負荷劇烈運動,且范圍很大。

c. 相位廣泛分布。電氣化鐵路牽引負荷諧波向量可在復平面四個象限上廣泛分布。

d. 單相整流負荷在穩態運行時只產生奇次諧波,只在涌流中含有偶次諧波。

2.2 諧波電流分析

電氣化鐵路牽引負荷諧波由相控整流型電力機車產生,含有豐富的諧波,屬于諧波電流源。韶山9型電力機車 (SS9)、和諧號CRH5型電動車組單機、和諧號CRH5型電動車組雙機各次諧波電流含量百分數如表1所示。

表1 運行機車各次諧波電流含量百分數

按最大列車數 (95%)5列計算,以下6種工況下電氣化鐵路產生的各次諧波電流如表2所示。

表2 不同工況電氣化鐵路產生各次諧波電流

對應6種工況注入220 kV系統的各次諧波電流情況如表3所示。

表3 對應6種工況注入220 kV系統各次諧波電流

2.3 諧波電壓分析

本文按國際提供的工程公式近似計算第h次諧波電壓含有率[3]。計算公式如下:

式中 UN——電網的標稱電壓,kV;

Sk——公共連接點的三相短路容量,MVA;

Ih——第 h次諧波電流,A。

進一步計算諧波電壓含量:

式中:Uh為第h次諧波電壓 (方均根值)。

電壓總諧波畸變率:

式中:U1為基波電壓 (方均根值)。

由諧波電流含量近似計算的各系統連接點諧波電壓總諧波畸變率見表4。

表4 各種工況公共連接點220 kV母線諧波電壓總畸變率

3 負序電流分析[4]

電氣化鐵路對電力系統的負序干擾程度取決于負序容量占系統短路容量的比例。單相牽引負荷的負序容量與牽引負荷本身的視在功率相等。供電計算與負序分析中,本文依據95%概率的負荷水平分別計算和校驗。電網運行在較小方式時,等效阻抗較大,電流源的負序干擾產生的負序電壓分量就較顯著,因而負序干擾最為嚴重的情況對應系統最小運行方式下的短路容量。增容后秦沈電氣化鐵路產生的負序電流對電網中發電機的影響情況如表5所示。