交流电气化铁道的负序电流对电力系统的影响及整改措施

2015-04-03李松楠

时代农机 2015年1期

李松楠

（吉林铁道职业技术学院，吉林吉林132200）

目前，我国电气化铁路的供电是沿线路建立若干个牵引变电所，一般由110 kV双电源进行供电，再经牵引变降为电力机车用的27.5kV或55kV，电力机车采用的是25kV单相工频交流电压，经整流后驱动直流牵引电动机，在架空接触导线和钢轨之间行驶。由于工频单相交流电气化铁道负荷是单相的，当三相电力系统向它供电时，三相不均衡的负荷将在电力系统中引起负序电流，同时，整流型电力机车使牵引网的电流畸变，产生的谐波电流进入电力系统，这对电力系统的运行会产生不良的影响。所以，深入研究这些不良影响和改善措施是十分必要的。

1 负序电流对电力系统的影响

据电工知识，任意一个不平衡负荷都可用对称分量法分为正序、负序和零序三组对称分量。对牵引供电系统来说，因为牵引变压器二次侧都采用三角形或不完全三角形结线，所以零序电流无法流通。即牵引供电系统二次侧不会产生零序分量。所以牵引供电系统的不平衡负荷对电力系统的影响问题，实质上就是负序电流对电力系统的影响。研究负序电流对电力系统的影响，可以从电源和负载两方面进行讨论。

（1）电源方面。电源方面主要是对同步发电机的影响。制造厂生产的同步发电机，都是按三相平衡负荷运行来考虑的。此时设备可达到额定出力。同步发电机在正常的三相平衡负荷下，发电机定子绕组中产生与转子同向同速的旋转磁场，这个旋转磁场与转子间没有相对运动，所以转子中不会产生感应现象。

当同步发电机向不平衡负荷供电时，其电流除了正序电流分量外，还有负序电流分量。

当负序电流通过发电机定子绕组时，将在定子绕组中产生负序旋转电场，该磁场的转速和转子的转速相同，而方向却与转子转向相反。所以负序旋转磁场与转子间的相对速度为同步转速的两倍，它必将在转子的激磁绕组、阻尼绕组中感应产生两倍工频的附加电流，在转子表面感应产生涡流。这些附加电流和涡流形成附加损耗，引起额外温升。由于集肤效应，转子的表面升温较为明显。当负序电流达一定值时，此额外温升将影响发电机的动力，甚至使绝缘受到损害。因此，从发电机的安全运行考虑，其每相电流均不应超过额定值。否则，电流最大的一相将超过额定的温升。当最大一相电流达到额定值时，较小的两相却小于额定值，所以就限制了发电机的动力。同时，转子绕组中感应产生的两倍同步频率的电流，会在转子中造成脉动转距，引起两倍同步频率的振动，在电机中造成额外的机械应力。当负序电流超过一定值时，可使电机的振动达到不充许的程度。

（2）用户方面。①对感应电动机的影响。电力牵引的单相负荷使三相系统中的各相线路产生不同的电压降，对接在该线路上的其他动力负荷供给一个不对称的三相电压。这个不对称的电压同样也分为正序、负序、零序三组对称分量。由于感应电动机一般没有中线连接，所以零序不能流通。其正序分量将产生正序转距，这是使电动机转动的主转距。负序分量将产生负序转距，在电动机中产生制动的反力距，直接影响了电动机的动力，而降低运行效率。②对电力变压器的影响。由于负序电流流入电力系统而使三相电流不对称，从电力变压器的安全运行考虑，其每相电流均不应超过额定值或允许过载值，当最大一相电流达到额定值时或允许过载值时，较小的两相却小于额定值，从而使变压器的容量利用率下降。另外负序电流还造成变压器附加能量损失并在变压器铁心磁路中造成附加发热。③对输电线路的影响。负序电流流过电力网时，负序功率实际上并不作功，而只造成电能损失，从而降低了电力网的输送能力。④对继电保护的影响。负序电流容量使系统中由负序分量起动的继电保护及自动装置误动作，从而增加保护的复杂性。

2 减少负序影响的措施

为了尽量减轻单相牵引负荷给电力系统造成的影响，必要时可在电力系统、牵引供电系统采取改善措施。

（1）电力系统采取的措施。①可在发电厂或枢纽变电所安装特殊的同期调相机。这种同期调相机，允许承受负序电流能力较大，负序阻抗较小，吸收负序电流时不存在相位选择问题，而且有良好的防震功能。而且可以吸收部分高次谐波电流，而不会引起共振，因此采取调相机是比较有效的措施，但调相机投资较大，占地较多，一般不采用。②临时性的过渡措施。如果负序电流的增大是临时性和过渡性的，则电力系统可采取一些临时运行方式。如将某些线路、变压器、电抗器投入或退出，以此来改变系统中负序电流的分配，达到减少负序电流流入那些承受负序影响能力较弱的设备的目的。

（2）牵引供电系统采取的措施。①采取牵引变电所换相连接的供电方式。②牵引变电所采用Scott结线、平衡牵引变压器。