电气化铁路对电力系统的负序影响和治理措施的分析

李 冬 程翠微 万 里

（1、西南交通大学电气工程学院，四川 成都 610031；2、成都电业局，四川 成都 610061）

当牵引负荷在电力系统中造成负序时，由于两供电臂的牵引负荷都是随机的，而且具有独立性，所以就算采用三相—两相平衡接线，仍然会有剩余的随机波动的负序电流，没有被平衡掉，从而进入电力系统，在电力系统中产生一些不良的影响。随着电力系统容量不断增大，负序对发电机和电网安全运行产生威胁的可能性越来越小，不过在电力系统容量相对薄弱的区段，或者在既有电气化线路上开行重载列车时，或者电力系统按照最小运行方式供电时，负序问题仍然存在，应该受到足够的重视。另外，尽最大可能降低负序，也有利于电力系统的经济运行和电能质量的提高。

1、电气化铁路负序对电力系统的影响

(1)对同步发电机的影响：考虑到发电机的安全运行，其每相电流都不应该超过额定值，而牵引负荷引起了发电机不对称运行，所以限制了发电机的出力；当负序电流流过发电机时，会产生负序旋转磁场，同时产生负序同步转矩，从而使发电机产生附加的振动，长时间的振动将会引起发电机的金属疲劳和机械损坏；由于漏磁通和定子槽内导线电流的肌肤效应，会引起定子绕组的铜附加损耗；负序电流会引起发电机转子温升，而且比定子的温升大，局部会产生高温，使转子受损。

(2)对异步发电机的影响：负序电流会在电动机中产生逆转的电磁转矩，逆转的电磁转矩较大时，会降低其运行效率。

(3)对继电保护的影响：导致母线差动保护负序电压闭锁元件发生误动；变电站主变压器的复合电压启动过电流保护装置的负序电压启动元件误动；发电机的负序电流保护误动；线路相差高频保护误动[1]。

(4)对电力变压器的影响：负序电流会导致变压器的额定出力不足。

(5)对输电线路的影响：负序电流会降低电力线路的输送电能的能力。

2、电气化铁路负序的治理措施

(1)牵引变电所轮流换相联接牵引变电所轮流换相连接的示意图，如图1所

图1 单相牵引变电所换相连接示意图示[2]。

牵引变电所SS1、SS2、SS3分别接入三相电力系统中的CA相、AB相和BC相，接触网对地的电压分别为 Uca、Uab、Ubc。三个牵引变电所的轮流换相连接构成一个循环，从牵引变电所SS4处，开始下一个循环。由于牵引负荷的不对称性，即使换相接入，三相的负荷也不可能达到完全的对称，所有还会有一定量的负序电流注入电力系统。如果牵引变电所，采用完整的轮流换相接入电力系统，则注入电力系统的负序电流可减少70%左右。

(2)增加电力系统短路容量

由于负序对系统电压不对称的影响和系统短路容量的关系，为反比关系。所以，将供电电压等级由110kV改为220kV，这样电网的供电能力就会提高，负序电流问题就能够得到缓解，能够达到国标的要求[3]。

(3)采用SVC补偿

当采用分相控制SVC时，不仅能够解决电气化铁路负序的补偿问题，而且能滤除高次谐波。静止补偿器优点在于它能保持结点电压不发生变化，通过连续地调节向负荷提供无功功率，维持系统无功平衡[4]。

(4)采用STATCOM补偿

相对于SVC，STATCOM具有以下优点：速度更快、负荷率适应性较好、工作效率高、输出的谐波含量小[5]。当STATCOM是两相结构时，它可以实现有功功率和无功功率的四象限控制，在对牵引变电所两供电臂无功动态补偿的同时，可调节其两供电臂的有功潮流，实现牵引负荷的动态平衡。采用STATCOM补偿的缺点在于价格较为昂贵。

[1]卢志海，厉吉文，周剑.电气化铁路对电力系统的影响[J]继电器，2004,32(11)：33-36.

[2]谭秀炳.交流电气化铁路牵引供电系统[M].成都:西南交通大学出版社，2007.

[3]万庆祝.牵引供电系统负序问题研究[D]清华大学博士论文，2008.

[4]田旭东，宋志刚，刘双全.高速铁路供电负序问题的分析和治理对策[J].铁道技术监督，2008,36（5）:36-39.

[5]電気学会.静止形無効電力補償装置の省エネルギー技術調査専門委員会.静止形無効電力補償装置の省エネルギー技術.日本東京:電気学会技術報告第973号.2006.