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电铁对电力系统的影响分析 刘建伟 刘彦超 刘杰 国网漯河供电公司 河南漯河 462000 摘要：介绍了电铁的负荷特点，分析了对电铁负荷对电力系统的影响， 论述了电铁负荷影响采取对策的必要性，并提出了相应对策。 关键字：电铁；电力系统；负序；突变；谐波 近年来，随着我国铁路不断跨越式的发展，电气化铁路（简称电 铁）成为实现铁路现代化的重要组成部分，“大力发展电力牵引”成 为我国铁路牵引动力政策的重要组成部分。电铁牵引负荷在电力负荷 中所占的比重也越来越大，由于电铁的负荷具有突变、不对称等特点， 对电力系统的影响日益突出。 1 电铁负荷特点 1.1 电铁负荷相当于负序电流源 电铁供电以单相负荷的形式取至三相交流供电系统，三相交流供 电系统要求三相电流、电压对称，要求三相负载均衡，各相有效值相 同，相位角相差120°，并设定A 相超前B 相120°、B 相超前C 相 120°、C 相超前A 相120°为正相序。在三相交流系统中，三相负荷 达到平衡时，三相交流系统的电压、电流（向量）成正弦状态分布。 电铁牵引站所接的三相交流电源中两相分别向两侧接触网供电， 在三相交流系统中造成三相负载不均衡，从而产生不平衡电流。利用 对称分量法可将不对称的三相电流分解为正序、负序对称分量。负序 电流造成负序电压降，其值在负荷点最大，越接近电源越小。因此， 可以把电铁单相负荷看成是一个负序电流源，其注入点在牵引站高压 侧。一般情况下，电铁所产生的负序电流高峰的持续时间在数十秒到 一分钟，其数分钟的均方根值可以达到峰值的90% 以上，而半小时的 均方根值可以达到峰值的60% 。 牵引站采用单相接线变压器时，在电力系统产生的负序电流大小 与正序电流相等，大小等于负荷电流的0.144 倍。采用单相V/V 接线 变压器时，在电力系统产生的负序电流为正序电流的一半。当两侧牵 引负荷不相等时，两侧电流之差的绝对值越大，其负序电流就越大。 采用三相Y/△接线变压器时，在电力系统产生的负序电流为正序电流 的一半。 1.2 电铁负荷波动性大 电铁负荷是单相、频繁剧变的特殊负荷，与线路情况、机车类型、 机车速度、牵引重量、列车运行图等因素有很大关系，具有很大的波 动性。根据国内实测资料，并参考国外相关文献，都表明电铁日波动 负荷的特征非常明显，因此电铁负荷不同与一般的持续性电力负荷， 这种负荷所产生的负序电流时大时小，谐波也随着变化。 由于电铁供电臂的长度一般为10km 至30km 不等，一个供电臂 内可能有多个车站，也可能一个车站都没有，2 个车站之间称为1 个 区间。铁路运输操作规程规定单线上1 个区间内每次只能有一趟列车 通过，因此考虑1 个供电臂上有2 台机车同时起动的情况可以满足估 算要求。 电铁突变负荷主要由机车起动引起，电铁突变负荷所产生的最大 电流突变量主要由机车内部变压器的历次涌流组成。单台机车在起动 时内部变压器产生的励磁涌流最大值约为机车额定电流的4 倍。根据 中铁电气化勘测设计研究院的资料，电力机车有客机、货机两种类别。 单台客机电力机车（SS9 型）起动电流为228A （27.5kV 侧）、单台货 机电力机车（SS4 型）起动电流为325A （27.5kV 侧）。因此电铁牵引 站接入110kV 系统时，突变负荷最大一次电流约为162.5A。 2 电铁对电力系统的影响 2.1 对发电机的影响 负序电流流过发电机产生负序旋转磁场，方向与发电机旋转方向 相反，因此负序旋转磁场实际是以2 倍的转速切割转子，产生负序转 矩，使发电机产生附加振动。谐波使同步发电机的附加损耗增大，温 升加剧，并且会引起机械振动、产生噪声和出现谐波过电压。 2.2 对电力变压器的影响 负荷的不对称性造成电力系统三相电流不对称，因此系统中的电 力变压器由于有一相电流最大而不能有效发挥变压器的额定出力，谐 波还会增加变压器的铜耗和铁耗，造成变压器容量利用率下降，效率 降低。另外，负序电流造成变压器附加能量损失和变压器铁芯附加发 热。 2.3 对继电保护的影响 负序电流干扰继电保护和安全自动装置的负序参量启动元件频 繁启动，易造成保护装置的误动作。负序电流和电流的突变型将造成 继电保护装置和故障录波装置频繁启动，甚至引起保护装置误