試析電氣化鐵道供電系統負序電流

摘 要 文章首先指出了電氣化鐵道供電系統應該滿足的要求，接著介紹了該系統的優點和缺點，并分析了電氣化鐵道供電系統負序電流，其中包括牽引變壓器各繞組電流相互關系、饋線電流與負序電流的關系、實際運營情況等方面。最后，文章還根據系統運行存在的問題，提出了減少和抑制負序電流的策略，包括采用負序電流保護的方式、科學調度和合理安排行車、采用單相電能質量控制設備等措施，希望通過這樣的探討分析能夠對實際工作提供借鑒和參考。

關鍵詞 電氣化鐵道 供電系統 牽引變壓器 負序電流

中圖分類號：U223.6 文獻標識碼：A

0 引言

電氣化鐵路誕生于上個世紀五十年代，由于適應了市場的需求，運行成本較低，其運用范圍也越來也廣。目前在電氣化鐵道中，負序電流對鐵路運輸會產生很大的影響，為了降低這種情況的發生，一般采用電容補償裝置抑制高次諧波，效果比較明顯，系統功率因素也得到了很大的改變。但仍然存在著列車運行方式臨時變化，電容補償為固定容量等問題與不足，今后在實際工作中，需要采取相應的措施來減少和抑制負序電流，為系統的正常運行創造良好的條件。

1 電氣化鐵道供電系統應該滿足的要求

在額定負荷連續運行中，汽輪發電機電流差不能超過額定值的10%，水輪發電機和同步調相機三相之差不能超過額定值的20%，任一相的電流不得大于額定值。在低電壓運行時，各相電流之差可以大于這些規定值，具體數值應該根據實驗來確定。

2 電氣化鐵道供電系統的優點和缺點

（1）優點。在列車運行過程中，能夠實現對能源的有效利用，達到節約能源的目的；能夠提高列車運行質量，使列車穩定、快速地運行。由于電力牽引制動的功率大，從而提高了列車運行過程的安全性，在行使過程中，還能夠實現對電力牽引的自動化控制，方便列車的運行，提高運行的安全水平。

（2）缺點。基本建設規模較大，投資比較多，對電力系統會產生不利影響，牽引用電是單相負荷的形式，會產生較大的負序電流，并且，電力機車功率因素較低，高次諧波含量較大，給電力系統的正常運行帶來嚴重的不利影響。此外，還會對沿線通訊造成一定的電磁干擾，檢修工作比較麻煩，給鐵路正常運行帶來不利影響。

3 電氣化鐵道供電系統負序電流分析

為了對供電系統負序電流進行全面的分析，下面將借助對稱向量的分析法，對各繞組電流相互關系、饋線電流與負序電流的關系進行詳細分析，并介紹實際運行情況，然后提出相應的解決方案。

（1）牽引變壓器各繞組電流相互關系分析。就其所采用的形式來看，供電系統牽引變壓器有兩種形式，一種是SCOT三相-兩相接線的牽引變壓器，另一種是Yd11接線的三相交流牽引變壓器。在這里只討論第一種情況，即SCOT牽引變壓器各繞組電流之間的相互關系。在一般情況下，根據對稱分量法進行計算，可以得知負序電流等于零。也就是說，在這個時候，注入到電網的負序是零，不會對電力系統產生任何影響。在供電系統當中，線路的參數是相同的，但機車會不斷地運行，其位置會發生不斷的變化，所以二者之間會發生移相，在這個過程中，可能會產生很大的負序電流。尤其是當機車相距較大的時候，一個在供電首端，一個在末端，在這時，相距差是最大的，對負序電流的影響也是最大的。

（2）饋線電流與負序電流的關系分析。饋線電流和負序電流的大小有著緊密的聯系，不僅和二者的相（下轉第193頁）（上接第188頁）位有關，還和二者的幅值有關。現在對以下幾種不同情況進行分析，設定移相造成某一時刻的滯后角度為，的滯后角度為。第一種情況是，當饋線電流幅值相等，阻抗移相角相同的時候，也就是 = ， = 的情況，通過分析可以得知：鐵路線上的每個變電所供電距離約為50km，對復線來說，機車的牽引負荷、運行速度、密度是一樣的時候，上下行的左側與右側負荷電流大致相等。機車在行使的過程中，如果處于合適的位置， = 。這時候，負序電流的大小為0。第二種情況是，饋線電流幅值相等，阻抗移相角不相同的時候，也就是= ，≠的情況，通過分析可以得知：負序電流是由機車位置所引起的，一個位于距離變電所較遠的地方，一個位于較近的地方，在這時候，負序電流的大小為2（）/2。第三種情況是：饋線電流幅值不相等，阻抗移相角也不相同的時候，也就是≠，≠的情況，通過分析可以得知：事實上，這種情況是常態，大部分情況是這種狀態，所以，分析負序電流的大小具有重要的現實意義。在分析的時候，不管這四個量誰大誰小，其結果都是一樣的，負序電流的大小為。

（3）實際運營分析。根據某路段運行的實際情況，對電流值進行實際測量，得出SCOT變壓器饋線電流和負序電流具體的測量值：序號1，IA為134，IB為112，IA-為20；序號2，IA為90，IB為110，IA-為18；序號3，IA為156，IB為100，IA-為58；序號4，IA為121，IB為68，IA-為52；序號5，IA為110，IB為126，IA-為14。從這些測量數據可以得知，實際測量值和理論分析值沒有多大的差異，幾乎是相等的，這更進一步證明理論分析是準確的，與實際情況相當吻合。

（4）解決方案。通過以上的介紹和分析可以得知，運用SCOT變壓器之后，系統可能會產生很大的電流，對系統運行產生很大的影響，在實際工作中不能忽視，必須采取相應的措施解決這一問題，降低電流，促進系統的正常運行。根據存在的問題，結合系統的實際情況，筆者認為可以采取以下幾種解決方案。

第一，采用負序電流保護的方式。如果系統三相不平衡，并且達到一定程度的時候，尤其是出現故障的時候，負序電流濾波器會產生一個信號，并且可以作為故障時保護元件的啟動信號。此外，如果變壓器出現不對稱短路的情況，信號還可以作為后備保護設備，但是會影響到正常的行車。

第二，科學調度和合理安排行車。采用SCOT變壓器之后，阻抗移相角幾乎是相等的，并且，只要兩相上的饋線電流相等，注入到電網的負序電流就很少，甚至幾乎為零，可以將此忽略不計。該方式切實可行，并且操作簡單，也是最經濟的一種方式，在實際工作中值得采用。因此，鐵路部門需要努力提高營運水平，做好調度工作，對上下行行車密度和運量進行科學合理的安排。通過采用這種方式，能夠保證低壓側兩條母線上的電流負荷曲線一致，從而盡到最大的可能減少牽引負荷對電力系統的不良影響，促進系統正常地運行和工作。

第三，其它方案。例如，采用單相電能質量控制設備，盡量減少對系統的影響，促進系統的正常運行。此外，還可以采用提高牽引電機供電質量的方式，促進機車處于最佳的運行狀態。不過，該技術還處在初步運用狀態，還有不成熟之處，將來需要進一步研究和完善，以促進其發揮更好的性能。

4 結束語

總之，牽引供電系統是鐵路最主要的供電方式，在電氣化鐵道當中，負序電流的大小與多種因素有關，包括系統容量、鐵路運量增長、運行方式等因素。今后在實際工作中，應該根據其影響因素，采取切實可行的方案，減少或者抑制負序電流的大小，促進供電系統的正常、安全運行，推動電氣化鐵道的發展，獲得更好的經濟社會效益。