高速鐵路對(duì)電力系統(tǒng)的影響

摘要：隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，高鐵事業(yè)也得到很快的發(fā)展，高速鐵路事業(yè)的進(jìn)展對(duì)電力系統(tǒng)的影響也逐漸顯露。電氣化鐵路的最大特點(diǎn)就是線(xiàn)路存在很大的軸向波動(dòng)性和方向移動(dòng)性，在正常運(yùn)行中會(huì)對(duì)鐵路電力系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生很大影響，使其接入點(diǎn)穩(wěn)定性和可靠性降低，在高速鐵路的運(yùn)行中對(duì)供電系統(tǒng)產(chǎn)生了更大的挑戰(zhàn)，為了適應(yīng)高速鐵路事業(yè)的快速發(fā)展，我們需要聯(lián)系電力系統(tǒng)和供電設(shè)備的建設(shè)，采取相關(guān)措施進(jìn)行有效管控。文章對(duì)高速鐵路供電模式和對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響和如何正確預(yù)防做出相關(guān)探討。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;電力系統(tǒng);影響;措施

【正文】

高速列車(chē)在較大的波動(dòng)性和機(jī)動(dòng)性下，負(fù)載的特點(diǎn)是大功率單相整流器具有沖擊性，接入電網(wǎng)后在電力系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生大量負(fù)序電流和諧波，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定和接入點(diǎn)的安全構(gòu)成威脅，如果沒(méi)有有效的控制措施將影響電力系統(tǒng)。

一、高速鐵路供電系統(tǒng)

1.1高速鐵路供電原則

高鐵供電系統(tǒng)是鐵路運(yùn)行系統(tǒng)中不可缺少的一部分，但在高速鐵路的運(yùn)行過(guò)程中需要的電流和電壓往往過(guò)高，在系統(tǒng)的運(yùn)作工程中時(shí)常會(huì)存在相關(guān)安全問(wèn)題。首先在高速鐵路供電系統(tǒng)工作中最為重要的就是安全問(wèn)題，任何過(guò)程的開(kāi)展都離不開(kāi)生命安全教育。其次在我國(guó)當(dāng)下高速鐵路飛速發(fā)展的進(jìn)程下，需要的供電量也會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，在供電系統(tǒng)的安裝中需要為日后可能必須的供電量進(jìn)行預(yù)算。因此為了保證高鐵電路系統(tǒng)的安全性，在配電房中要留存部分空間來(lái)為未來(lái)可能出現(xiàn)的低壓配電房做好準(zhǔn)備工作，我們需要在供電系統(tǒng)的容量設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就能對(duì)未來(lái)可能達(dá)到的最大用電負(fù)荷進(jìn)行預(yù)算，保證供電系統(tǒng)在高鐵高峰期也能保持穩(wěn)定運(yùn)作。

1.2高速鐵路負(fù)荷特點(diǎn)

高速鐵路對(duì)供電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)一種相對(duì)特別的大功率負(fù)荷，由于高鐵系統(tǒng)的負(fù)荷特點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致對(duì)其他供電系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響。高鐵供電系統(tǒng)存在較大的波動(dòng)性，在運(yùn)行實(shí)況中列車(chē)的啟動(dòng)加速、減速、負(fù)載量都存在不確定性，不同時(shí)段和路段中鐵路的運(yùn)行狀況也大為不同。并且高鐵的牽引功率較大，我國(guó)高鐵事業(yè)的不斷建設(shè)發(fā)展也意味著在高鐵運(yùn)行中需要更多的牽引動(dòng)力。由此可以看出影響我國(guó)高速鐵路供電系統(tǒng)和其他供電系統(tǒng)的因素主要存在于高速鐵路在運(yùn)行中所產(chǎn)生的負(fù)荷波動(dòng)和牽引功率。

二、高鐵對(duì)電力系統(tǒng)造成的影響

2.1電力變壓器的影響

高速鐵路中機(jī)車(chē)產(chǎn)生的各種高頻次電磁諧波和大電流與電力變壓器中的繞組接觸會(huì)直接造成較大的電能損耗，同時(shí)它也會(huì)直接引起繞組外殼或內(nèi)部的緊固件的快速發(fā)熱，導(dǎo)致新型電力機(jī)車(chē)變壓器繞組出現(xiàn)各種局部性的過(guò)熱損壞現(xiàn)象，加快變壓器的老化，削減其使用壽命。另外，負(fù)序輸出電流波動(dòng)會(huì)直接引起動(dòng)力電網(wǎng)三相輸出電流不對(duì)稱(chēng)波動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致電力變壓器電網(wǎng)輸出電流功率穩(wěn)定不足和電網(wǎng)容積綜合利用率明顯減少。

2.2負(fù)序電流對(duì)電力系統(tǒng)的影響

負(fù)序電流主要會(huì)對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備的操作產(chǎn)生一定的影響，從而造成供電系統(tǒng)的運(yùn)作停滯。如果兩個(gè)常規(guī)繼電保護(hù)必須同時(shí)轉(zhuǎn)換成作為電流鎖定保護(hù)狀態(tài)就可能會(huì)容易出現(xiàn)繼電保護(hù)裝置啟動(dòng)失靈。但是當(dāng)存在高速鐵路中的正負(fù)序列的電流不穩(wěn)定處在閉鎖電流滯后保護(hù)狀態(tài)時(shí)，如果這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)電流沖擊斷電現(xiàn)象，很容易有可能這就是因?yàn)槔^電保護(hù)裝置的發(fā)生跳閘斷電現(xiàn)象，那么同期使用繼電保護(hù)驅(qū)動(dòng)裝置的工作可靠性和工作穩(wěn)定性就可能會(huì)大大降低。

2.3輸電線(xiàn)路的影響

在高鐵電路系統(tǒng)中因其諧波分布會(huì)對(duì)高鐵輸電系統(tǒng)線(xiàn)路周?chē)斐芍饕妶?chǎng)影響，在高鐵的正常線(xiàn)路運(yùn)作運(yùn)行狀態(tài)下，因?yàn)橹袊?guó)架空高鐵輸電系統(tǒng)線(xiàn)路與高鐵地面之間不會(huì)存在密切相關(guān)的電勢(shì)差，會(huì)因此讓周?chē)€(xiàn)路出現(xiàn)或大或小但仍能持續(xù)穩(wěn)定的周?chē)妶?chǎng)。例如當(dāng)中國(guó)架空高鐵輸電系統(tǒng)線(xiàn)路運(yùn)行穿越中國(guó)高速鐵路時(shí)，受到高鐵物料材質(zhì)和線(xiàn)路結(jié)構(gòu)的特殊條件影響，該輸電線(xiàn)路的周?chē)妶?chǎng)諧波分布會(huì)因此產(chǎn)生一定的頻率波動(dòng)，這種瞬時(shí)性的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致供電系統(tǒng)無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)作，對(duì)處在該環(huán)境下的生物造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷。

三、高速鐵路電力系統(tǒng)改善措施

3.1增大電網(wǎng)供電容量

建設(shè)更大容量的電網(wǎng)更有助于實(shí)現(xiàn)高速鐵路的供電工作，通過(guò)承載更高的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)大短路容量。就此通過(guò)大容量電網(wǎng)來(lái)降低負(fù)序電流和諧波在輸電線(xiàn)路纏上產(chǎn)生的電壓影響，最終實(shí)現(xiàn)降低高速鐵路供電系統(tǒng)中高電壓和高負(fù)荷波動(dòng)對(duì)其他電力系統(tǒng)的影響，避免負(fù)序電壓和諧波電壓變率超標(biāo)問(wèn)題。我國(guó)目前在高速鐵路供電系統(tǒng)采取的是110kv的供電系統(tǒng)，但該類(lèi)供電系統(tǒng)的短路容量較小，不容易滿(mǎn)足我國(guó)在高速鐵路中對(duì)供電的需求，并且會(huì)對(duì)其他供電網(wǎng)絡(luò)造成不必要的影響，我們應(yīng)該通過(guò)對(duì)鐵路建設(shè)中對(duì)供電容量的擴(kuò)大來(lái)保證高速鐵路的發(fā)展。

3.2抑制諧波

諧波不僅會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成影響，還會(huì)在一定程度上對(duì)變壓器和高鐵列車(chē)壽命造成損害。首先我們可以將變流器多脈沖化，以此來(lái)降低諧波的產(chǎn)生次數(shù)和含量。其次需要通過(guò)采用借助有源整流諧波變壓器供電繞組的轉(zhuǎn)移項(xiàng)技術(shù)來(lái)有效抑制整流諧波，同時(shí)還需要把高速鐵路牽引電力系統(tǒng)和其他鐵路電力系統(tǒng)之間進(jìn)行嚴(yán)格區(qū)別劃分，電鐵化的牽引機(jī)車(chē)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)專(zhuān)線(xiàn)并行用電。同時(shí)在高速動(dòng)車(chē)組上應(yīng)該安裝一個(gè)有源整流濾波器，通過(guò)對(duì)供電臂中的電流調(diào)節(jié)來(lái)保證供電臂負(fù)載平衡。

3.3輪流換相

通過(guò)采用輪流降壓換相這種措施后還可以通過(guò)改變高鐵牽引傳動(dòng)供電控制系統(tǒng)及其接入高鐵電力系統(tǒng)的牽引電壓及其相序性從來(lái)對(duì)高鐵電氣系統(tǒng)運(yùn)行中的牽引負(fù)序電壓?jiǎn)栴}從而起以得到有效抑制緩解作用，并且不需要額外的成本消耗。采取輪流換相之后進(jìn)入電力系統(tǒng)的負(fù)序電流可以降低40%左右，就其他國(guó)家情況而言，已經(jīng)設(shè)立多個(gè)提供不同相序電流的牽引變電站來(lái)確保不同變電站產(chǎn)生的負(fù)序電流部分抵消。

總結(jié)

鐵路建設(shè)直接關(guān)系到我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，同時(shí)也和我們?nèi)粘Ｉ钪械某鲂邪踩⑾⑾嚓P(guān)，鐵路部門(mén)必須對(duì)高速鐵路的供電質(zhì)量高度重視，正確看待在我國(guó)高速鐵路中電力系統(tǒng)產(chǎn)生的不利影響，聯(lián)系實(shí)際來(lái)對(duì)這些問(wèn)題采取措施，解決高速鐵路供電系統(tǒng)對(duì)其他供他系統(tǒng)帶來(lái)的危害。

參考文獻(xiàn)：

[1]熊育民. 高速鐵路電力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案研究[D].華中科技大學(xué)，2011.

[2]孫萬(wàn)平.高速鐵路電力貫通線(xiàn)并網(wǎng)技術(shù)研究[J].中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018（16）：223.

作者簡(jiǎn)介：王珊 女 山東濰坊 漢 1990.10 本科 電力系統(tǒng) 海南電網(wǎng)公司海口供電局 工程師。