摘要：伴随着京津城际铁路成功的通车并投入使用，预示着我国的铁路事业迎来了一个飞速发展的新时期。众所周知，牵引供电系统是高速铁路一个最为关键的构成，其质量的好坏直接关系着高速铁路能否正常的运营。因而要想最大可能的确保牵引供电系统处于良好状态并发挥出关键作用，必须要投入更多的人力、物力用于其管理和维护工作。本文首先着重介绍了牵引供电系统的组成部分、特点，再以实际情况为依据深入地探讨了其运营、管理模式，最后较为细致地探讨了牵引供电系统的保养、维修模式及一些有关于抢修组织的注意事项、需遵循的原则。
关键词：电气化铁路；牵引供电系统；研究现状；关键性技术
1电气化铁路牵引供电系统研究现状
1.1电元子的流向问题
电流的负序是通过牵引电路改换方式接入电力供电网络，有许多隐秘的未知的因素造成的，负序电流会导致变压器温度增高，随之会改变变压器的载量；第二，电网中的电能质量会随之减少；第三，电线路会发生相应的问题，这是应该提前考虑到的。
1.2没有功率的问题
科技的变迁，新型电力机车的普及，大量机车的做功会不断增加，虽然还存在许多无法协调的问题因素，如机械的老化使从电网接收了大量无用的功率，做功问题仍有漏洞。除此之外。牵引网和牵引变压器的影响，也会使相关机械的做功降低，从而影响整个电力网络的发展。
1.3负序的危害和影响
1.3.1对发电机的影响
当负序电流通过发电机定子绕组时，将会感应出很大的附加电流，从而导致转子表面的温度升高。与此同时，还会增加转子的脉动转矩，产生发电机的附加振动，这对发电机的正常运行十分不利。另外，由于发电机是向不对称的负荷供电，因此当其中最大的一相电流达到额定值时，其他两相还未达到额定值，也会在一定程度上降低发电机出力。
1.3.2对感应电动机的影响
负序电压在一定程度上减小了正序电压，从而降低了电动机的出力。另外负序分量的存在会产生负序旋转磁场，直接限制了电动机的出力，大大地降低了电动机的运行效率。
1.3.3对电力变压器的影响
为了保证电力变压器的安全运行，每相中的电流都不能超过额定电流或者允许的过载值。负序的存在使得三相电流不再对称，因此当最大相的电流达到额定电流或者允许的过载值时，其他两相还未达到额定电流或者允许的过载值，因而大大降低了变压器容量的利用率。
1.3.4对输电线路的影响
由于负序电流的存在造成了附加的能量损失，因此大大影响了输电线路的正常输电。
2电气化铁路牵引供电系统的关键技术
2.1无功补偿技术
在牵引变电所牵引网侧装设电容器，对机车负荷产生的无功功率进行补偿，提高电网利用率，是经济效益良好且行之有效的补偿措施。无功补偿容量是按照变电所的平均负荷来计算的。但是由于机车的感性无功是一个随机变化的值，固定电容器补偿系统会造成牵引变电所经常欠补偿或过补偿，达不到国家规定的功率因数要求，所以需要装设能够跟随系统的动态无功补偿装置，其中得到广泛应用的是静止无功补偿器（staticvarcompensator，SVC）。一般意义上，SVC是几种装置的组合：固定电容器（fixedcapacitor，FC）、晶闸管投切电容器（thyristorswitchedcapacitor，TSC）、晶闸管控制电抗器（thyristorcontrolledreactor，TCR）、可控电抗器（controlledreactor，CR）。应用在牵引变电所的FC和TSC相结合的无功补偿方案。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在现有固定补偿基础上，用可调补偿来配合，能够有效地提高功率因数，并且二次投入较少。通过计算各臂所需无功来控制流经电抗器的电流，配合3，5次谐波滤波电路达到无功补偿和滤波的目的。无功补偿方案结构简单、控制方便，可以单相独立控制，在完成无功的补偿之外，还能缓解负载的不平衡。同时由于使用的是普通晶闸管，造价也较低。但是仍有不足之处：补偿装置自身会带来谐波，需要设计滤波电路来抑制谐波；系统的动态响应速度低，不能完全适应动态变化的机车负载；在含有电容器的补偿装置中，由于电容器对谐波电流的放大作用，使得流经电容器的有效电流增大，给安全运行带来隐患。
2.2功率单元扰动量全前馈控制策略
由于机车负载变化频繁，呈现出阻性、感性、容性、非线性等不同负载特性。在启动、制动过程中，从电网吸收能量及回馈能量变化剧烈。无牵引变压器同相供电拓扑中的功率单元采用单相H-H桥结构，一侧与切分变压器二次侧连接，一侧与其他单元级联，为单相接触网提供电压，机车负载的瞬时能量变化控制均由各个功率单元承担。影响功率单元输入电流质量和动态响应性能的3个主要扰动因素为：切分变压器二次侧电压、功率单元负载电流、功率单元直流母线电压。切分变压器二次侧电压波动及畸变对并网逆变器的波形质量会产生较大的影响；负载电流突变对系统动态响应能力要求较高；直流母线电压的低频波动也会在输入电流中产生低次谐波。为了消除扰动量的影响，采用负载电流前馈来提高H-H这种结构的动态响应性能，但并没有给出前馈系数的理论推导，比较简单。分析指出，电网电压谐波导致电流畸变的原因是由于传统控制器无法实现对谐波分量的无静差跟踪，因此提出在控制器中加入比例多重复数积分控制器，对特定次谐波产生的电流畸变有抑制效果，但该方式需根据电压中的谐波次数加入不同频率的控制器，实现复杂，不利于实际应用。为了完全抑制电网电压、负载突变、直流母线电压波动对单相H-H功率单元的动、静态性能的影响，全面提高系统动态响应性能，适应机车负荷频繁、剧烈的变化，进一步提高输入电流波形质量，需要对功率单元的扰动量全前馈控制策略进行研究。
2.3负序的改善措施
对于电力系统来说，首先可以在发电厂或者变电所安装特殊的同步调相机。同步调相机不仅可以吸收高次的谐波电流，还可以承受较大的负序电流，且负序阻抗很小，吸收电流的时候不会有相位选择的问题。虽然使用同步调相机的效果很明显，但是这种措施的投资很大，且占地面积也很大。其次，如果系统中的负序电流是临时性的，可以停止变压器、电抗器或者某些线路的运行，从而可以改变负序的电流的分配情况，达到减小负序对承受能力较弱设备影响的目的。最后，在局部地区可以采用限制供电臂机车负荷的方式来减小负序电流的影响。电力系统中每个点对负序电流影响的承受能力是有限的，因此需要合理计算出各个点所能承受的最大负序百分数，在电力机车运行的过程中，只要将负序控制在这个值之下，就不会对电力系统造成明显的影响。对于牵引供电系统来说，笔者认为要选择合适的牵引变压器，最重要的是产生负序的分量要小，比如Scott牵引变压器、阻抗匹配平衡变压器。除此之外，牵引供电系统要采用换相的连接方式，从而可以使三相牵引负荷尽量达到平衡，减小负序的影响。换相连接是指将电气化铁路沿线各个牵引变电所的牵引变压器轮换使用，分别接到电力系统的不同相上。
2.4谐波的改善措施
减小谐波的影响有两个基本思路：一是通过装设谐波补偿装置来补偿谐波；二是通过改造电力电子装置，使其不产生谐波。具体的做法有以下四种：一是在电力机车上安装并联的补偿滤波装置；二是可以在牵引变电站安装物攻补偿滤波装置，从而抑制谐波的产生；三是调整电力系统的运行方式以及增大其容量，从而加强系统抗谐波干扰的能力；四是改进电力机车，降低谐波的含量，笔者认为可以采用功率较大的交流传动电力机车。
结语
做好高速铁路牵引供电系统的研究工作是十分必要的，不仅能够保证列车正常运行，准时准点到站，还使得高速铁路的可靠性和正点率得到民众的相信，推动了我国铁路事业的发展。相关的铁路局及供电段要从牵引供电系统的保养、维修及抢修组织等多个方面做出努力，才能确保牵引供电系统和设备始终处于正常、稳定的运行状态中。
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论文作者:张利新
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/7/19
标签：谐波论文; 电流论文; 供电系统论文; 变压器论文; 功率论文; 电压论文; 负载论文; 《基层建设》2018年第17期论文;