电气化铁路供电系统电能质量综合补偿技术

电气化铁路供电系统电能质量综合补偿技术

郭树奎

中国铁路沈阳局集团有限公司调度所 辽宁沈阳 110000

摘要：随着电气化铁路的快速发展，大量高速重载列车运行，列车运行的复杂性逐渐增加。由于电力机车是非线性大功率整流冲击负荷，牵引供电系统的电能质量日益恶化。这主要表现在以下几个方面:功率因数低、谐波含量高、三相不平衡、负荷波动大等。因此，研究人员在电气化铁路牵引供电系统电能质量控制领域做了大量的研究，取得了很多成果，尤其是近年来基于电力电子技术开发的有源补偿设备。但这些电气化铁路电能质量控制设备形式多样，研发过程中需要搭建实验平台，会消耗更多科研人员的人力物力，不利于研发成本的控制和科研效率的提高。

关键词：电气化铁路；供电系统；电能质量；综合补偿技术

随着我国电气化铁路的迅速发展，牵引供电系统的电能质量问题变得越来越重要。当前我国牵引变电站广泛采用三相牵引变压器结构，因为机车是单相非线性负荷，牵引变压器两级负荷难以平衡，造成负序、功率大等严重的电能质量问题 这不仅对铁路沿线电气设备和铁路系统的安全运行构成严重威胁，而且还可能污染三相公共电网，从而可能对生产、传输、分配以及由此造成的夏季等所有部门的电气设备产生不利影响 现有铁路牵引供电系统中的反应性和协调性具有一定的相关性和应用价值。

1电气化铁路供电系统

电气化铁路通常包括电力系统和电力机车。供电系统还包括供电和牵引供电系统。电力系统。供电系统中的变电站和高压输电线路用作铁路供电系统的供电核心，变电站中的牵引站电压分别为110kV、220kV和330kV。其中普通电动铁路电压等级为110kV，用于具有大功率、长使用寿命特点的铁路设备系统；然而，电力系统的运作往往受到三阶段不平衡的影响，在设计高铁电力系统时，需要提高电力系统的可靠性，以提高电力质量，实现系统的运行目标根据电气化铁路供电系统的运行状况。牵引供电系统运行过程中，局部型电力机车应根据牵引变压器的运行特点，通过牵引线馈线向电网输送电能，保证电力机车系统正常运行，实现运行目标。

2牵引供电对铁路信号设备干扰类型与原因

由于受到电弓和接触网的离线会使得形成大量的电火花，从而导致给无线电脉冲带来影响，妨碍信号设备的通信品质，若信号设备出现传导性的干扰，车辆在行驶途中，要是牵引供电的电流出现不平衡的情况就会妨碍到信号设备的传导能力，这也是导致干扰的关键因素。而钢轨作为在牵引供电电流以及信号设备中一同使用的传输渠道，然而在列车行驶期间通常会产生接地阻抗以及阻抗泄漏的情况。这就常常导致信号在传输期间发生异常。这主要是由于对供电电流进行牵引并借助钢轨进行传输，部分抗阻与泄漏的情况会导致电流产生不平衡的情况，进而给信号设备造成干扰情况，而不平衡的电流出现也会导致扼流变压装置形成感应电动而使得电压上升，在满足相应的数值之后，设置在轨道处的继电装置就会发生故障或失误操作，信号装置在对信息进行传导时就会产生异常情况。信号设备出现耦合性干扰情况，使得牵引供电装置在供电期间形成较大的电流与电压值，而牵引电流可以高至上千安培。要是信号设备被影响，经过接触网的电流就会与强电线形成耦合电感，进一步导致感应电动势形成，这也叫做信号设备的感性耦合干扰。它与与容性耦合存在着类似的部分，并且也存在较大差异，感性耦合主要受到电流大小的影响。

2电气化铁路供电系统新技术

2.1协助隧道内的电缆敷设设施

在隧道群中，接触网电力线使用高压电缆，如果高压电缆进入相应的隧道，应使用电缆支架固定在隧道壁上，安装高压电缆，并连接互联网接入点。高压电缆布线时可能会出现问题，例如电源线与底部锚定补偿机制之间的干涉，尤其是当隧道的底部锚定使用延伸部分进行挖掘时，电源线与机构之间的特定位置BIM技术可解决这些交叉干涉问题，而BIM技术可帮助确保电缆的及时布线和美观性。在某些路径较为复杂的位置，高压电缆布线还需要BIM帮助，该过程从设计平面到准备材料直至实施施工，从而可以有效地控制整个施工过程，同时避免出现返工浪费材料等情况。

2.2主电路参数调节功能

在电气化铁路电能质量综合管理实验平台上，直流电容值和交流电感值对控制设备成本、提高补偿性能有重要影响，研究这两个重要参数的取值和最优匹配值很重要对于直流电容器来说，大型电容器较为稳定，但成本较高，小型电容器成本较低，但其电容器直流电压的波动在一定程度上影响了设备的性能，特别是逆流电能的质量。关于交流侧电方向，主要与逆流跟踪速度有关，虽然太大会降低二次谐波的含量较高，但实时性能较低，也不宜在提高无功能力的同时引入大量二次谐波因此，研究直流侧电容器和交流电感的合理取值和匹配问题对于研制谐波抑制和无功补偿设备很重要。

3电能质量综合补偿技术

3.1电气化铁路供电系统综合补偿技术的基础构造

电气化电能质量综合补偿系统具有非常繁琐的构造，重点涵盖了RPC和TSC两种，前者为有源设备，涵盖了两个共用直流电容的变流装置，并且为变流器呈背向结构，与降压变压装置相连只借助两只供电臂进行供电。该种结构模式能够合理减少铁路供电系统的功率与负载电量，从而降低能源损耗，减少资金费用。并且因为供电臂下各自设置了一整套的TSC组，也进一步满足TSC和RPC的并联和通电，补偿结构也两者构成。

3.2电气化铁路供电系统综合补偿技术的控制策略

3.2.1RPC与TSC协调控制

因为电气化铁路供电系统综合补偿技术应该对铁路功率控制装置进行总无功量的补偿，领用该种操作方式，才可以确保具备充分的无功量能够分配给功率控制装置与晶闸管控电容装置。在具体操作期间，操作人员应该直接凭借电流管控铁路功率控制器的补偿量，同时达到铁路功率控制器与晶闸管电容控制器协调管控的目的。

3.2.2负序、谐波无功检测

电气化铁道供电系统的组成部分涵盖了电力系统、高压输电、牵引变电所降压、变相或换流等，并以此为前提为电气化铁道运行的电力机车、动车组传输电力。电气化铁道供电装置可以直接供电，同时有着投资金额较少、运营与维护较为便利等特征，但是具有非常局限的供电能力。要想改掉供电不足的情况，就应该通过供电系统电能质量综合补偿技术最大化降低牵引网的电流阻抗，因为铁路功率控制装置无法承担所有无功补偿，因此在检测期间，应该合理分离无功电流。铁路公路控制装置并无法对所有无功补偿进行承担，在实现无功电流的前提下，还应该实施必要的分离操作，同时应用有功电流叠加的形式，降低供电臂负载电流，在此种操作模式下，才可以保证铁路功率控制器负号与谐波参考检测的有效性和整体性。

3.2.3铁路有源功率控制器的优化策略

通过分析铁路系统运行状况，处理铁路系统主动功率控制器，保证系统正常运行，系统设备维修人员应控制直流侧电压，协调控制两个单元 实现谐波一致性和无功补偿，充分保证变频器独立运行，实现三相电流对称运行的目标。 同时，在主动调速器补偿中，为了提高负序叠加、谐波和基准电流的处理效果，必须保证各系统变速箱在直流侧保持电压时的有效运行，以达到铁路有源功率控制器的使用目的。

结束语

同相供电技术在现阶段电气化铁路工程建设中得到广泛应用。替代电源系统的可靠性已成为技术人员和社会各界关注的一个主要问题。为了促进铁路的有效运行，需要进行可靠性分析，以便准确了解备用电源系统的运行状况，在发现问题后及时采取处理措施，并有效确保系统的可靠性。

参考文献

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