电气化铁路对沿线电力系统电能质量的影响研究

2011-08-18商文颖凌立平

东北电力技术 2011年9期

商文颖,梁毅,凌立平

(东北电力科学研究院有限公司,辽宁沈阳 110006)

对供电电网来说,电气化铁路负荷状态极其恶劣,它使牵引供电系统电能质量恶化并造成电能巨大浪费,同时也导致牵引网电压波动,严重时使机车牵引力下降,从而降低整个运输线路的运输能力,总结起来电气化铁路对供电系统的影响存在4个方面的问题:谐波;三相不平衡 (即负序电流的影响);功率因数低;电压波动大[1]。

本文以秦沈电气化铁路为例,对电气化铁路引起谐波及负序对电网的影响进行研究。以昌图牵引站及由昌太线送出的太阳山风电场为例,分析电气化铁路对其同一并网点风电机组的影响。

1 秦沈电气化铁路简介

秦沈电气化铁路采用两相式供电的接线形式,每站设等容量的变压器,由2条220 kV两相线路直接供电,取线电压,变压器变比为220 kV/27.5 kV。同一个牵引变电所取相同相别的两相线路,整个供电区域不同牵引变电所取的线路相别是均匀分布的,以保证电网负荷的均衡。正常方式时,线路变压器组一路运行,另一路备用,接线路变压器组方式实现备自投。牵引站内不设220 kV母线,27.5 kV侧母线为母线分段接线,母线上装设2组并联电容补偿装置补偿无功,补偿后功率因数可达0.9以上。

2 谐波分析

2.1 电气化铁路谐波特点[2]

a. 单相独立性。我国铁路供电系统均采用两相供电制,但两相负荷相关性很小,通常认为两臂负荷是独立的。

b. 随机波动性。牵引供电系统产生的谐波电流随基波负荷剧烈运动,且范围很大。

c. 相位广泛分布。电气化铁路牵引负荷谐波向量可在复平面四个象限上广泛分布。

d. 单相整流负荷在稳态运行时只产生奇次谐波,只在涌流中含有偶次谐波。

2.2 谐波电流分析

电气化铁路牵引负荷谐波由相控整流型电力机车产生,含有丰富的谐波,属于谐波电流源。韶山9型电力机车 (SS9)、和谐号CRH5型电动车组单机、和谐号CRH5型电动车组双机各次谐波电流含量百分数如表1所示。

表1 运行机车各次谐波电流含量百分数

按最大列车数 (95%)5列计算,以下6种工况下电气化铁路产生的各次谐波电流如表2所示。

表2 不同工况电气化铁路产生各次谐波电流

对应6种工况注入220 kV系统的各次谐波电流情况如表3所示。

表3 对应6种工况注入220 kV系统各次谐波电流

2.3 谐波电压分析

本文按国际提供的工程公式近似计算第h次谐波电压含有率[3]。计算公式如下:

式中 UN——电网的标称电压,kV;

Sk——公共连接点的三相短路容量,MVA;

Ih——第 h次谐波电流,A。

进一步计算谐波电压含量:

式中:Uh为第h次谐波电压 (方均根值)。

电压总谐波畸变率:

式中:U1为基波电压 (方均根值)。

由谐波电流含量近似计算的各系统连接点谐波电压总谐波畸变率见表4。

表4 各种工况公共连接点220 kV母线谐波电压总畸变率

3 负序电流分析[4]

电气化铁路对电力系统的负序干扰程度取决于负序容量占系统短路容量的比例。单相牵引负荷的负序容量与牵引负荷本身的视在功率相等。供电计算与负序分析中,本文依据95%概率的负荷水平分别计算和校验。电网运行在较小方式时,等效阻抗较大,电流源的负序干扰产生的负序电压分量就较显著,因而负序干扰最为严重的情况对应系统最小运行方式下的短路容量。增容后秦沈电气化铁路产生的负序电流对电网中发电机的影响情况如表5所示。