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1.鐵道牽引供電系統存在的問題

1.1諧波電流與無功功率問題

鐵道牽引供電系統是一個感性負載，它在運行過程中會隨時因為所變壓器及牽引機等電力設備的非線性關系導致諧波產生。奇次諧波的產生會對鐵路的安全運行產生重要影響，對于供電系統會產生嚴重影響。諧波電流對于供電系統的影響主要體現在三個方面：一是給電力網設備帶來的影響。諧波電流，特別是無功功率的產生會增加線路的損耗，材料的熱度，最終影響到材料的使用壽命。材料使用壽命的降低會增加維護成本、降低利用率。二是諧波產生會導致牽引變電站負載能力變低。在變電站周圍常會由于諧波電流和無功功率的產生導致變電站電容器不能正常工作，最終影響到變電站的荷載能力。在鐵路供電系統中，繼電保護裝置是維持系統正常運行的重要設備，是保證鐵路安全運行的重要保障。我們說的第三個影響就是諧波電流對于繼電保護裝置的影響，由于高次諧波的產生，繼電保護裝置會受到嚴重影響，它不能正常運作最終會給鐵路的安全運行帶來嚴重威脅。這個問題是鐵路運輸中的關鍵問題。

1.2負序電流問題

除上述的諧波電流和無功功率的問題外，鐵道牽引供電系統中另外一個非常重要的問題是負序電流的產生，從而導致一系列問題的產生。負序電流會對鐵路牽引供電系統的正常運行帶來巨大影響，主要體現在以下幾個方面：一是它會產生無功功率。無功功率對于鐵路安全運行的影響上文已經詳細論述過，這里不再多提。二是因為負序電流的出現，變電器的輸出功率會大為下降。從而最終降低供電系統的運行效率。三是部分設備和線路因為負序電流的產生，從而出現加熱的現象，這種現象的出現會嚴重損耗設備材料的使用壽命，最終增加系統的維護成本。四是輸電能力會降低，負序電流在經過電力系統時不僅會，系統的輸電功能得不到完全發揮，同時負序電流還占用了輸電線路的大量容量，這會嚴重降低供電系統的輸電能力。最終降低系統的運行效率。繼電器的誤動作是由多種因素導致的，其中不僅包括諧波電流和無功功率，還包括了負序電流的影響，繼電器保護裝置設備對于供電系統的意義不言自明。負序電流會最終影響鐵路的安全運行。以上所論述的三個問題，是鐵路牽引供電系統中最主要的三個問題。解決好這三個問題是提高供電效率，保證鐵路安全運行的關鍵。

2.應對措施

2.1無功功率和諧波電流的對策

對于鐵路電車中存在的各種諧波電流和無功功率問題，解決辦法有多種，筆者認為在選擇時應選擇投資成本低、應用效果好的措施。一是通過更新電車的性能，電車性能的好壞是諧波電流產生與否的重要影響因素。目前，我國和諧號動車組8節、16節編組的功率分別是5500KW和11000KW。根據沿海鐵路近年的運營情況看，其功率因數已高達0.98以上，即避免了國家電網公司對功率因數的處罰，又提高了電氣化鐵路對電能的利用率，很好的解決了以往電車無功過高的問題。除盡量選擇性能好的機電設備，另一方面在平時設備維護過程中，要及時更換陳舊設備。性能好的機電設備可以有效降低諧波電流的產生，從而降低諧波電流對于系統的影響。另外還可以在機電車上安裝功率矯正裝置，發現無功功率可以自動校正。這是提高效率的關鍵措施。二是可以通過各種手段來進行補償。在供電系統中，常運用的補償方法是運用電車上的無源或者有源或者兩者相結合的方式來對其進行補償。另外并聯電容的應用也可以有效補償無功功率。

2.2負序電流的解決對策

負序電流對于鐵路的安全運行影響也是最大的。在經過多年的研究后，人們在負序電流的解決上，積累了寶貴經驗。主要是以下兩個方面：一是要采用大容量的電源。負序電流產生的影響主要是由于系統自身不能承受巨大的不平衡電流導致的。采用高壓，大容量的電源，既是要避免負序電流的產生較為嚴重的影響，又是在提高系統自身的性能。另外一種方式就是變壓器的改善。我們可以通過使用單相、三相V/V結線，斯科特結線，平衡結線變壓器等多種形式的牽引變壓器來實現負序電流的解決。負序電流的產生主要還是因為三相不平衡造成的，當我們采用這些變壓器的時候如果變壓器兩端的負荷平衡，最終成功降低負序電流的產生。在利用這種方式消除負序電流的時候，我們必須要注意兩供電臂的狀態對負序電流的影響：當兩供電臂平衡時，單相、三相V/V結線等牽引變壓器負序功率為正常的百分之五十；斯科特結線，平衡結線變壓器負序功率為0。當兩供電臂不平衡時，各結線形式的牽引變壓器負序功率均是百分之百。這將是未來我們研究的新課題。還有一種方式是通過相鄰牽引變電所的牽引變壓器原邊換接相序，合理的安排接觸網分段及相序，來平衡三相電系統中的負序電流問題。

2.3三相不平衡問題的解決對策

在鐵道牽引供電系統中，常常會產生三相不平衡的問題，上文提到的負序電流問題，最終和三相不平衡是有密切關系的。對于三相不平衡的問題，主要是采用新興的相序輪換技術。與傳統的相鄰所換相技術相比，相序輪換技術效果更好，更完善。相序輪換技術的主旨是實現各相之間所承受的負載和功率的和相等最終實現三相之間的平衡。這種技術是新興技術，雖然發展迅猛，但是由于自身還有難題并為克服，同時限于資金的因素，導致一直停留于紙面上，并沒有在實際上予以大力推廣。值得我們注意的是，德國目前使用的自成系統單相供電模式，這對目前大規模發展電氣化鐵路的我國提供了一個新的思路，是否利用專用供電系統解決電氣化鐵路存在的部分電能污染，并加以有針對性的解決，這應該說是我們今后研究的重點方向。鐵路牽引供電系統是鐵路電氣化的重要組成部分。在供電系統的運行過程中，針對上文提出的一系列問題，來專門想對策并最終解決上述問題，是鐵路工作者必須要考慮的課題。

作者：李罡單位：沿海鐵路浙江有限公司