鄧旭

(河北省肅寧縣朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司,河北 肅寧 062350)

鐵道牽引供電系統(tǒng)的問題和措施探索

鄧旭

(河北省肅寧縣朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司,河北 肅寧 062350)

隨著我國鐵路運輸事業(yè)的發(fā)展,我國鐵路的電氣化水平日漸提高,鐵道牽引供電系統(tǒng)在鐵路運輸事業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用,為電力機車的正常運行提供了強有力的電力支持.本文簡述鐵道牽引供電系統(tǒng)的概況,淺析鐵道牽引供電系統(tǒng)存在的問題,探索了解決鐵道牽引供電系統(tǒng)問題的措施.

鐵道;牽引供電系統(tǒng);問題;措施

隨著科學(xué)技術(shù)的進步,我國的鐵道牽引供電系統(tǒng)日漸完善,為鐵路運輸?shù)陌踩煽刻峁┝藦娪辛Φ募夹g(shù)保障.然而,在鐵道牽引供電系統(tǒng)中還存在著諸多問題,這些問題嚴重影響了鐵道牽引供電系統(tǒng)的正常運行,極易引發(fā)安全事故.因此,有必要對鐵道牽引供電系統(tǒng)存在的問題進行分析,并探究有效的解決措施.

1 鐵道牽引供電系統(tǒng)概述

1.1 鐵道牽引供電系統(tǒng)概況

鐵道牽引供電系統(tǒng)能為鐵道列車的正常運行提供電力支持.該系統(tǒng)主要由以下兩部分構(gòu)成:(1)牽引變電所.能對電力系統(tǒng)中的高壓電能實施降壓處理和變流處理,并將處理之后的電能向牽引網(wǎng)輸送,為沿線列車提供電力支持.(2)牽引網(wǎng).牽引網(wǎng)是該系統(tǒng)的電力分布裝置,主要由接觸網(wǎng)、饋電線以及回流線等組成.鐵道牽引供電系統(tǒng)在逐漸發(fā)展完善的同時,還存在著諸多技術(shù)問題,這些問題的存在對鐵道牽引供電系統(tǒng)的安全可靠運行造成了嚴重的不良影響,大幅度降低了鐵道牽引供電系統(tǒng)的工作效率,為鐵道列車的正常運行帶來了安全隱患,極易引發(fā)鐵道列車的運行事故.

1.2 鐵道牽引負荷特征

(1)鐵道牽引負荷的顯著特征,有穩(wěn)態(tài)奇次性.在穩(wěn)態(tài)運行的情況下,電力機車的牽引負荷會產(chǎn)生諧波電流.(2)鐵道牽引負荷有廣泛的相位分布,隨著諧波次數(shù)的逐漸升高,諧波相量在復(fù)平面四象限上均勻出現(xiàn).(3)鐵道牽引負荷的隨機波動性較強,導(dǎo)致了系統(tǒng)供電設(shè)備容量利用效率的大幅度降低,進而導(dǎo)致牽引網(wǎng)電壓波動.(4)鐵道牽引負荷具有明顯不對稱性,會導(dǎo)致負序電流大量產(chǎn)生.(5)鐵道牽引負荷具有非線性特征.

2 鐵道牽引供電系統(tǒng)存在的問題

2.1 無功功率問題

(1)鐵道牽引供電系統(tǒng)的無功功率問題,會大幅度增加該系統(tǒng)的有功損耗,會導(dǎo)致供電設(shè)備的發(fā)熱量大幅度上升,造成額外的能量損耗.(2)鐵道牽引供電系統(tǒng)的無功功率問題,會增大該系統(tǒng)的整體供電電流,長此以往,會導(dǎo)致電力系統(tǒng)各項設(shè)備以及導(dǎo)線的容量增加,影響系統(tǒng)的正常運行.(3)鐵道牽引供電系統(tǒng)的無功功率問題,會導(dǎo)致電力系統(tǒng)中變送電設(shè)備有功輸出容量的大幅度降低.

2.2 諧波電流問題

(1)鐵道牽引供電系統(tǒng)的諧波電流問題,會導(dǎo)致該系統(tǒng)的諧波損耗增加.諧波電量過量會增加系統(tǒng)電網(wǎng)中的各類元件損耗,三次諧波還會大幅度增加系統(tǒng)線路的熱量,極易誘發(fā)火災(zāi).另外,諧波電流會導(dǎo)致系統(tǒng)電力設(shè)備大幅度降低工作效率.(2)鐵道牽引供電系統(tǒng)的諧波電流問題,會導(dǎo)致牽引變電所出現(xiàn)負載能力的大幅度降低.過量的諧波電流會大量增加系統(tǒng)的無功功率,影響變電所內(nèi)電容器的正常工作,最終導(dǎo)致變電所負載能力的大幅度降低.(3)鐵道牽引供電系統(tǒng)的諧波電流問題,會引發(fā)系統(tǒng)接線的振動和噪聲,并造成系統(tǒng)設(shè)備呈現(xiàn)過壓運行的狀態(tài),這將導(dǎo)致系統(tǒng)電力設(shè)備以及電纜等產(chǎn)生過熱現(xiàn)象,加速設(shè)備絕緣的老化,縮短使用壽命.(4)諧波電流極易引發(fā)系統(tǒng)電網(wǎng)的局部串聯(lián)以及并聯(lián)諧振,繼而導(dǎo)致系統(tǒng)諧波的繼續(xù)放大,進一步增強系統(tǒng)諧波損耗和發(fā)熱量,對系統(tǒng)造成嚴重的不良影響,甚至引發(fā)安全事故.

2.3 負序電流問題

鐵道牽引供電系統(tǒng)在正常運行中,三相電流的不平衡會引發(fā)三相荷載不平衡,產(chǎn)生負序電流.負序電流會對鐵道牽引供電系統(tǒng)的正常運行造成嚴重的不良影響.(1)負序電流會導(dǎo)致無功功率的大量產(chǎn)生,進而對鐵道列車的安全運行造成嚴重的不良影響.(2)負序電流會導(dǎo)致變壓器輸出功率的大幅度降低,進而導(dǎo)致供電系統(tǒng)運行效率的大幅度降低.(3)負序電流會導(dǎo)致部分系統(tǒng)設(shè)備及線路過熱,造成對設(shè)備材料的嚴重損耗,縮短設(shè)備材料的使用壽命,增加系統(tǒng)維護成本.(4)負序電流會大量占用輸電線路的容量,降低系統(tǒng)輸電能力,影響電力系統(tǒng)輸電功能的有效發(fā)揮,嚴重影響系統(tǒng)運行的工作效率.另外,負序電流還會導(dǎo)致繼電器產(chǎn)生誤動作.

2.4 高壓電纜故障問題

現(xiàn)階段,鐵道牽引供電系統(tǒng)通常采用高壓電纜的形式,對饋出線路以及高壓開關(guān)柜線路進行架設(shè).因此,高壓電纜在鐵道牽引供電系統(tǒng)中占據(jù)著至關(guān)重要的地位.在供電系統(tǒng)的實際施工中,由于采用了不良材質(zhì)的電纜,沒有嚴格按照相關(guān)規(guī)范進行鋪設(shè),選擇了不恰當(dāng)?shù)慕拥胤绞降?對高壓電纜的日常維護造成了阻礙,導(dǎo)致高壓電纜故障頻發(fā),嚴重威脅系統(tǒng)供電的安全.

3 解決鐵道牽引供電系統(tǒng)問題的措施

3.1 無功功率問題的解決措施

對于鐵道牽引供電系統(tǒng)的無功功率問題,可采用以下解決措施:(1)對鐵道牽引供電系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備進行改進.為有效提高電力機車的運行功率因數(shù),可將校正裝置增設(shè)在電力機車,實現(xiàn)系統(tǒng)功率因數(shù)的有效提升.(2)在鐵道牽引供電系統(tǒng)中使用四象限PWM整流器.當(dāng)前,多數(shù)電力機車采用"交流-直流-交流"的供電模式,或者是"交流-直流"的供電模式.將四象限PWM整流器引入鐵道牽引供電系統(tǒng)的整流環(huán)節(jié),可實現(xiàn)電力機車輸入電壓基波與輸入電流基波保持在同一相位,實現(xiàn)對鐵道牽引供電系統(tǒng)無功功率的有效消除.(3)鐵道牽引供電系統(tǒng)要選擇具有良好性能的機電設(shè)備.性能優(yōu)越的機電設(shè)備能大幅度提高功率因數(shù),有效提高電能利用效率.

3.2 諧波電流問題的解決措施

對于鐵道牽引供電系統(tǒng)的諧波電流,要采用成本低、效果好的解決措施.通常可采用以下解決措施:(1)疊加注入法.采用諧波疊加注入方式,能實現(xiàn)對鐵道牽引供電系統(tǒng)運行過程中諧波干擾的有效降低.具體操作方法如下,將三次倍數(shù)的諧波源與諧波電流實施疊加,并將之添加到鐵道牽引供電系統(tǒng)產(chǎn)生的矩形波形上,實現(xiàn)對系統(tǒng)諧波的有效降低.(2)在鐵道牽引供電系統(tǒng)中使用濾波器.在鐵道牽引供電系統(tǒng)運行過程中,探測產(chǎn)生諧波較多的區(qū)域,采用濾波器防止諧波放大,實現(xiàn)對諧波電流的有效降低.(3)使用多重化技術(shù).對鐵道牽引供電系統(tǒng)中的多個交流器進行聯(lián)合,使用多重化技術(shù)實現(xiàn)對諧波的疊加,有效消除系統(tǒng)中的低頻率諧波.(4)在鐵道牽引供電系統(tǒng)中配置合適的減震器.實現(xiàn)對噪聲振動的有效控制,避免機械設(shè)備在振動沖擊下造成的破壞,有效減小機械振動對系統(tǒng)的不良影響.

3.3 負序電流問題的解決措施

對于鐵道牽引供電系統(tǒng)中的負序電流問題,可采用以下解決措施:(1)選擇具有較大容量的電源.鐵道牽引供電系統(tǒng)的電流不平衡會導(dǎo)致負序電流的產(chǎn)生,因此,采用具有較大容量的高壓電源能實現(xiàn)對系統(tǒng)不平衡電流的有效消除,進而大幅度降低負序電流.(2)使用STATCOM補償法.該法能有效消除系統(tǒng)產(chǎn)生的負序電流.特別是兩相STATCOM,一方面能實現(xiàn)對系統(tǒng)中無功功率的四象限控制,另一方面能實現(xiàn)對系統(tǒng)變電所有功潮流的有效調(diào)節(jié),且具有較高的效率和較小的輸出諧波,能大幅度降低系統(tǒng)產(chǎn)生的負序電流.(3)采用相序輪換技術(shù).鐵道牽引供電系統(tǒng)的三相不平衡會導(dǎo)致負序電流的產(chǎn)生,采用相序輪換技術(shù)能實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部相間負載的平衡,進而實現(xiàn)系統(tǒng)的三相平衡.

3.4 高壓電纜故障問題的解決措施

對于鐵道牽引供電系統(tǒng)的高壓電纜故障問題,可采用以下解決措施:(1)對鐵道牽引供電系統(tǒng)的高壓電纜進行嚴格的選材.必須采用銅質(zhì)的單芯交流27.5kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜,還要確保采用非磁性金屬鎧裝保護層.另外,架設(shè)高壓電纜的相關(guān)技術(shù)人員要嚴格審查電纜型號以及電纜規(guī)格,嚴禁在電纜架設(shè)施工中使用不合格的電纜.(2)嚴格按照相關(guān)施工規(guī)范和流程進行高壓電纜的鋪設(shè)施工.一方面,要保證高壓電纜的彎曲半徑高于電纜外徑的15倍,對于上下行高壓電纜,要采用分溝敷設(shè)的施工方式.另一方面,對于穿越鐵路的電纜,要選擇具有較高強度的PVC管進行穿管鋪設(shè)施工.要確保保護管半徑高于電纜外徑的2倍,彎曲半徑要高于電纜外徑的10倍,有效保障高壓電纜運行的穩(wěn)定性和可靠性.(3)為有效保障對高壓電纜故障的及時檢修,可采用明線架空措施.當(dāng)高壓電纜出現(xiàn)故障時,檢修人員能及時查找出故障點,并對其進行維修,實現(xiàn)故障檢修效率的大幅度提高.

4 結(jié)語

綜上所述,鐵道牽引供電系統(tǒng)為電力機車的正常運行提供了強有力的電力支持,對于我國鐵路運輸事業(yè)的發(fā)展具有至關(guān)重要的意義.對于鐵道牽引供電系統(tǒng)常見的技術(shù)問題,諸如無功功率問題、諧波電流問題、負序電流問題以及高壓電纜故障問題,要采用相應(yīng)的解決措施,保障鐵道牽引供電系統(tǒng)的正常運行.

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1671-0711(2017)11(上)-0194-02