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电铁负荷对电网的影响

高速铁路接入后对电力系统的影响与危害
2005年11月电力科学院对电铁接入系统后安全问题进行了评估，
包括：电铁负序、谐波对发电机的安全影响评估。
电气化铁道谐波问题早在80年代初期就引起了我国电力部门和铁
道部门的高度重视,至今双方在电铁谐波的限制上仍存在分歧。由于谐
波问题的复杂性,不同国家的谐波限制标准或规定不尽相同,这些差别不
仅表现在具体的限制值上,甚至还表现在制订思路上。国际电工委员会
(IEC)1996年的出版物——IEC10002326反映了国际上试图统一各
国谐波限制的努力。无论如何,以目前我国电网和电气化铁道实际情况
看,某些地方电铁谐波确实对电网造成了不良影响,谐波治理势在必行。
牵引变电所采用220kV进线,由于对机车供电质量得到改善,会使
牵引电流的谐波含量有所减少,即使不考虑这一点,由于变压器变比变
为原来的2倍,向电力系统注入的谐波电流将减半,并且电压总谐波畸
变率也会显著降低,
负序问题较之谐波问题要简单些,认识上也比较一致。衡量负序水
平的指标是三相电压不平衡度,定义为负序电压同正序电压的比值百分
数。国标规定系统公共连接点正常电压不平衡度允许值2%,短时不得
超过4%。
当然,牵引变电所直接从220kV电网取电,势必将改变220kV电
网的拓扑结构,对电网运行造成影响,是否可行还需根据实际情况进行
分析,并由有关铁道部门和电力部门协商。
应该指出的是,牵引变电所采用220kV进线,虽然使电压总谐波畸
变率和三相电压不平衡度降低,实际上牵引供电系统本身并没有削减任
何谐波和负序电流,只是改变了谐波和负序电流在电力系统中的分配和
流动方式。采用220kV进线,牵引负荷产生的谐波和负序电流直接注
入220kV电网,量值上减半,但这些电流要向系统其他地方渗透。不难
知道,同采用110kV进线相比,牵引负荷对低压用户的影响会有一定程
度的减小。
应合理安排牵引站供电电源，使每一个牵引站能保证有可靠的主
供电电源和备用电源，又不至使牵引站产生的负序电流过于集中，要
由多个电源分担，特别要注意离牵引站电气距离近，容量小的发电机
组不要接受较多的负序电流，更不能单独作牵引电源。
3电铁运行时对电力系统的影响
311影响及危害
工频单相交流制牵引电铁运行过程中也产生一些不利因素,例如:
电铁机车是单相大功率整流负荷,由直流电动机驱动,单相交流制的供
电方式会使三相电力系统产生不对称运行,当流入电力系统的负序电流
过大时,会造成发电机过热以及电动机转距下降等不利情形。负序电流
影响的大小取决于两个方面,其一为电力系统装机容量的大小和运行方
式,其二为牵引供电系统的负荷大小和运行方式。
电铁又是一个谐波源,电力机车在整流过程中产生的谐波电流,将
会在电力系统中流动,谐波电流过大,不但会造成额外的功率损失,而且
也会影响电力系统内交流电动机的运行特性。如不能很好解决,必将污
染整个电网。据资料记载,我国自电铁投运30多年来,电铁通车里程已
逾万公里,谐波问题曾引发了多起电力系统大面积停电事故,给电网和
用户
造成了巨大的经济损失,因此,电铁谐波问题受到了广泛的关注。
电力机车的功率因数较低,一般为018。当电力系统过多地向铁路
供电系统输送无功功率时,会使系统的运行指标下降,为此,需要在牵引
站中加设无功补偿装置。
我们在设计中除了选择合理的供电方式,控制负序外,为减少谐波
的影响,防止谐波对安
全供电的威胁,在电力系统继电保护方面,采用了为电铁专门研制
的2套数字保护,其中
一套为差电流保护,另一套为阶段式距离保护。
电铁线路的负荷频繁切换，要求线路的继电保护配置作一些相应
的改动。例如：启动部分，对常规的电流突变量启动元件进行相应改
动。
目前国内电气化市场上使用的电铁馈线保护装置在区分故障与负
荷状态时,故障分析手段欠缺,无故障录波和负荷录波功能。
电铁会对供电系统和相邻近的广大电力用户带来较大的、有时是
严重的谐波干扰和其他不利影响（例如负序干扰）。
整流式电力机车的电流中含有大量的高次谐波,其中的高次谐波含
量最高,可达20%或30%
机车在坡度较大的线路下坡运行时,将由电动机状态转入发电机状
态,这种负荷称之为再生负荷,此时的高次谐波成份更高,可达40%以上,
并且负荷位于第二象限,当线路上既有正常负荷又有再生负荷或涌流时,
其综合负荷就会落入保护动作区使常规保护误动作
电力机车空载投入接触网,或者机车在运行过程中失电又复得电时,
机车将产生励磁涌流,此时如果线路上还有正常负荷,其综合负荷就会落
入动作区,使常规保护误动作。
当馈线出口发生金属性短路故障时,由于母线电压降为零,距离保护
失去方向性,距离保护可能不动作,称为距离保护死区。
为防止发生高阻接地故障时,由于短路阻抗