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[摘 要]文中分析了电气化铁路对电网的影响，对我国电气化铁路的发展、供电方式及其对电力系统的影响进行了综述。电气化铁路具有运量大、速度快、运费低、能耗较低、受自然影响小等优势，具有显著的经济和社会效益，是当前铁路发展的主要方向。同时电气化铁路牵引负荷是一种大功率单相整流负荷，它具有很大的移动性和波动性，产生的负序及谐波电流会对电网接入点的电能质量产生不利影响。总结了现有的治理措施。
[关键词]电气化铁路 电力系统 负荷特性 发电机 变压器
中图分类号：U224.5 文献标识码：U 文章编号：1009―914X（2013）34―0030―01
引言：
用电力机车作为牵引动力的铁路。世界上第一条电气化铁路于1879年在德国柏林建成。中国于1961年建成第一条电气化铁路一一宝成铁路的宝鸡至凤州段。电气化机车上不设原动机，其电力由铁路电力供应系统提供。该系统由牵引变电所和接触网构成。来自高压输电线路的高压电经牵引变电所降压整流后，送至铁路架空接触网，电气机车通过滑线弓受电，牵引机车行驶。供电制式分为直流制。电气化铁路与现有其他动力牵引的铁路相比，具有的优越性是能源节省，其热效率可达20%～26%，运输能力大，功率大，可使牵引总重提高；运输成本低，维修少，机车车辆周转快，整备作业少、耗能少、污染少，粉尘与噪声小，劳动条件也较好等。
目前，我国铁路建设在跨跃式发展新思路的指引下，全国路网整体规划的战略部署正在稳步进行。电气化铁路以其高速、重载、环保的优势已成为铁路发展的必然。本文意在对新建电气化铁路牵引站的供用电相关技术及经济问题进行探讨。
一、电气化铁路牵引供电原理
电气化铁路的供电是将国家电力系统送来的三相高压电变换成适合电力机车使用的单相交流电。牵引变电所从国家电网引入220千伏或110千伏三相交流电将三相电转换为适合电气列车使用的单相交流27.5千伏电源并送上接触网。在架空接触导线和钢轨之间行驶。电气化高速铁路一般采用单相牵引变压器，从电网两相受电，对三相对称的电力系统来说，电铁牵引负荷具有非线性、不对称和波动性的特点，将产生负序电流和谐波电流注入电力系统。
二、电气化铁路负荷特性
1、负荷波动频繁
由于客流分布在不同地区、不同时段千差万别，铁路运输组织为适应客流需要，相应实施不同编组、不同追踪间隔的列车运输方案。所以，牵引变电所两供电臂内，列车的数量及每一列车的负荷状态随时都在变化，牵引变电所的负荷呈现出频繁波动的状态。牵引变电所的负荷随着两供电臂内列车的数量及每一列车的负荷状态随时波动，有时轻载，甚至空载，有时负载较重，在节假日及铁路故障后恢复行车等情况下，会出现列车紧密追踪情况，此时，牵引变电所会出现负荷高峰值。
2、牵引负荷大，可靠性要求高
客运专线列车速度高，高峰时段密度大。空气阻力随速度呈几何级数增长，列车牵引力主要克服空气阻力运行，牵引负荷很大。350km/h速度时，列车运行所需功率最高超过24000kW。且随着我国高速铁路技术的不断完善和运输的需要，运营速度还可能进一步提高，牵引供电负荷亦还将相应增大。
客运专线速度快，运输能力大，將成为旅客运输的主要交通工具。在国民经济和社会生活中，具有十分重要的作用。高速铁路要求必须安全、可靠、正点运输。
3、列车负载率高，受电时间长
列车在高速运行中，主要克服空气阻力前进，空气阻力随速度呈几何级数增长。列车维持高速运行时，需要持续从接触网取得电能。所以，高速列车负载率高，受电时间长。
4、短时集中负荷特征明显
客运专线具有显著的时段特征。在早、晚时段和节假日的高峰客流期，根据客流量需要，可能组织大编组、高密度运输，甚至在短时形成紧密追踪，牵引负荷集中特征明显。牵引供电系统应具有应对各种集中负荷供电的能力和条件。
5、越区供电能力要求高
由于旅客运输能力和准点的需要，牵引供电系统应具有应对各种各样条件下的供电能力。在出现某一牵引变电所解列退出供电的情况下，往往采用由两相邻牵引变电所越区进行供电。为了尽量减少越区供电对运输能力和准点的影响，应避免过多的限制列车数量或降低列车速度，这样会相应加大两相邻牵引变电所的供电负荷，特别是要求电力系统具有较大的短路容量，满足超长距离供电需要。
三、电气化铁路对电力系统的影响
1、对发电机的影响
（1）汽轮发电机转子为敏感部位，因为汽轮发电机转子的谐波和负序温升比定子大，存在局部的突出高温部位，国内曾发生过向电铁供电的汽轮发电机转子部件嵌装面过热受损的事故。并且当负序电流流过发电机时，产生负序旋转磁场，产生负序同步转矩，使发电机产生附加振动。谐波也会引起电机的振动并发出噪声，长时间的振动会引起金属疲劳和机械损坏。对邻近牵引变电所而远离（指电气距离）电源的异步电动机，其定子绕组为敏感部位。同时还将在电动机中产生一反向旋转磁场，此反向磁场对电动机转子起制动作用，影响其出力。
2、对电力变压器的影响
谐波电流在变压器绕组要产生附加损耗，该损耗相当大，除此之外还能引起外壳、外层硅钢片和某些紧固件发热，并可能局部过热，加速变压器的老化，影响其使用寿命。负序电流造成电力系统三相电流不对称，造成变压器的额定出力不足（即变压器容量利用率下降）。
3、对输电线路的影响
谐波使网损增大，在发生系统谐振或谐波放大的情况下，谐波网损可达到相当大的程度。负序电流流过电力网时，它并不作功，只是降低了电力线路的输送能力。4）对继电保护和自动装置的影响。谐波在负序（基波）量的基础上产生的科技创新导报工业技术干扰，如对各种以负序滤波器为启动元件的保护及自动装置的干扰。由于保护按负序（基波）量整定，整定值小、灵敏度高。滤波器为启动元件时，实际运行中已引起保护和自动装置误动。
四、电力系统电压波动及偏差
电力系统提供稳定、可靠的供电电源，是确保高速电气化铁路正常供电的基本条件。目前，高速客运专线一般采用220kV电源供电，基本上满足供电需要。但在部分电网薄弱地区，由于系统短路容量偏小，电力系统供电电压波动幅度较大，将会影响铁路的正常供电和运输，也同时影响电力系统的稳定和其他用户的供电质量。
五、措施
电气化铁路设计时由于牵引负荷较重，负荷不对称性明显，对电力系统电能质量有较大影响。牵引负荷产生的谐波电流虽然较大，但可以采取加装动态无功补偿装置等有效措施进行治理。根据牵引负荷情况在进行供电方案设计时，可以考虑提高供电电压等级、加强近区电网建设、选取短路容量较大变电站作接入点等措施。
结语
铁路和电力同为国家的重要基础设施，对于促进国民经济又好又快发展，满足广大人民群众日益增长的生活需求，负有共同的责任。目前，铁路和电力都处于快速发展时期，电力系统对电铁的供电方案，不仅关系到铁路牵引供电系统的供电能力和供电质量，也同时影响到电力系统的电能质量及电网的安全可靠运行，需要综合研究、科学决策。铁路部门应加强和电力部门的沟通和协商，本着从国家大局出发，共同研究制定电气化铁路合理的供电方案和综合电能质量治理措施，促进铁路和电力互利双赢、和谐发展，共同为国民经济建设和提高人民生活水平作出更大的贡献。
参考文献
[1] 胡国根，电力系统过电压分析与计算【M】，北京：水利电力出版社
[2] 赵树东，韶山8型电力机车机车【M】，北京：中国铁道出版社
[3] 罗飞、余东，电气化铁路谐波对电网的影响【M】，四川水力发电
[4] 白文婷，电气化铁路中国速度【J】，电气时代
[关键词]电气化铁路 电力系统 负荷特性 发电机 变压器
中图分类号：U224.5 文献标识码：U 文章编号：1009―914X（2013）34―0030―01
引言：
用电力机车作为牵引动力的铁路。世界上第一条电气化铁路于1879年在德国柏林建成。中国于1961年建成第一条电气化铁路一一宝成铁路的宝鸡至凤州段。电气化机车上不设原动机，其电力由铁路电力供应系统提供。该系统由牵引变电所和接触网构成。来自高压输电线路的高压电经牵引变电所降压整流后，送至铁路架空接触网，电气机车通过滑线弓受电，牵引机车行驶。供电制式分为直流制。电气化铁路与现有其他动力牵引的铁路相比，具有的优越性是能源节省，其热效率可达20%～26%，运输能力大，功率大，可使牵引总重提高；运输成本低，维修少，机车车辆周转快，整备作业少、耗能少、污染少，粉尘与噪声小，劳动条件也较好等。
目前，我国铁路建设在跨跃式发展新思路的指引下，全国路网整体规划的战略部署正在稳步进行。电气化铁路以其高速、重载、环保的优势已成为铁路发展的必然。本文意在对新建电气化铁路牵引站的供用电相关技术及经济问题进行探讨。
一、电气化铁路牵引供电原理
电气化铁路的供电是将国家电力系统送来的三相高压电变换成适合电力机车使用的单相交流电。牵引变电所从国家电网引入220千伏或110千伏三相交流电将三相电转换为适合电气列车使用的单相交流27.5千伏电源并送上接触网。在架空接触导线和钢轨之间行驶。电气化高速铁路一般采用单相牵引变压器，从电网两相受电，对三相对称的电力系统来说，电铁牵引负荷具有非线性、不对称和波动性的特点，将产生负序电流和谐波电流注入电力系统。
二、电气化铁路负荷特性
1、负荷波动频繁
由于客流分布在不同地区、不同时段千差万别，铁路运输组织为适应客流需要，相应实施不同编组、不同追踪间隔的列车运输方案。所以，牵引变电所两供电臂内，列车的数量及每一列车的负荷状态随时都在变化，牵引变电所的负荷呈现出频繁波动的状态。牵引变电所的负荷随着两供电臂内列车的数量及每一列车的负荷状态随时波动，有时轻载，甚至空载，有时负载较重，在节假日及铁路故障后恢复行车等情况下，会出现列车紧密追踪情况，此时，牵引变电所会出现负荷高峰值。
2、牵引负荷大，可靠性要求高
客运专线列车速度高，高峰时段密度大。空气阻力随速度呈几何级数增长，列车牵引力主要克服空气阻力运行，牵引负荷很大。350km/h速度时，列车运行所需功率最高超过24000kW。且随着我国高速铁路技术的不断完善和运输的需要，运营速度还可能进一步提高，牵引供电负荷亦还将相应增大。
客运专线速度快，运输能力大，將成为旅客运输的主要交通工具。在国民经济和社会生活中，具有十分重要的作用。高速铁路要求必须安全、可靠、正点运输。
3、列车负载率高，受电时间长
列车在高速运行中，主要克服空气阻力前进，空气阻力随速度呈几何级数增长。列车维持高速运行时，需要持续从接触网取得电能。所以，高速列车负载率高，受电时间长。
4、短时集中负荷特征明显
客运专线具有显著的时段特征。在早、晚时段和节假日的高峰客流期，根据客流量需要，可能组织大编组、高密度运输，甚至在短时形成紧密追踪，牵引负荷集中特征明显。牵引供电系统应具有应对各种集中负荷供电的能力和条件。
5、越区供电能力要求高
由于旅客运输能力和准点的需要，牵引供电系统应具有应对各种各样条件下的供电能力。在出现某一牵引变电所解列退出供电的情况下，往往采用由两相邻牵引变电所越区进行供电。为了尽量减少越区供电对运输能力和准点的影响，应避免过多的限制列车数量或降低列车速度，这样会相应加大两相邻牵引变电所的供电负荷，特别是要求电力系统具有较大的短路容量，满足超长距离供电需要。
三、电气化铁路对电力系统的影响
1、对发电机的影响
（1）汽轮发电机转子为敏感部位，因为汽轮发电机转子的谐波和负序温升比定子大，存在局部的突出高温部位，国内曾发生过向电铁供电的汽轮发电机转子部件嵌装面过热受损的事故。并且当负序电流流过发电机时，产生负序旋转磁场，产生负序同步转矩，使发电机产生附加振动。谐波也会引起电机的振动并发出噪声，长时间的振动会引起金属疲劳和机械损坏。对邻近牵引变电所而远离（指电气距离）电源的异步电动机，其定子绕组为敏感部位。同时还将在电动机中产生一反向旋转磁场，此反向磁场对电动机转子起制动作用，影响其出力。
2、对电力变压器的影响
谐波电流在变压器绕组要产生附加损耗，该损耗相当大，除此之外还能引起外壳、外层硅钢片和某些紧固件发热，并可能局部过热，加速变压器的老化，影响其使用寿命。负序电流造成电力系统三相电流不对称，造成变压器的额定出力不足（即变压器容量利用率下降）。
3、对输电线路的影响
谐波使网损增大，在发生系统谐振或谐波放大的情况下，谐波网损可达到相当大的程度。负序电流流过电力网时，它并不作功，只是降低了电力线路的输送能力。4）对继电保护和自动装置的影响。谐波在负序（基波）量的基础上产生的科技创新导报工业技术干扰，如对各种以负序滤波器为启动元件的保护及自动装置的干扰。由于保护按负序（基波）量整定，整定值小、灵敏度高。滤波器为启动元件时，实际运行中已引起保护和自动装置误动。
四、电力系统电压波动及偏差
电力系统提供稳定、可靠的供电电源，是确保高速电气化铁路正常供电的基本条件。目前，高速客运专线一般采用220kV电源供电，基本上满足供电需要。但在部分电网薄弱地区，由于系统短路容量偏小，电力系统供电电压波动幅度较大，将会影响铁路的正常供电和运输，也同时影响电力系统的稳定和其他用户的供电质量。
五、措施
电气化铁路设计时由于牵引负荷较重，负荷不对称性明显，对电力系统电能质量有较大影响。牵引负荷产生的谐波电流虽然较大，但可以采取加装动态无功补偿装置等有效措施进行治理。根据牵引负荷情况在进行供电方案设计时，可以考虑提高供电电压等级、加强近区电网建设、选取短路容量较大变电站作接入点等措施。
结语
铁路和电力同为国家的重要基础设施，对于促进国民经济又好又快发展，满足广大人民群众日益增长的生活需求，负有共同的责任。目前，铁路和电力都处于快速发展时期，电力系统对电铁的供电方案，不仅关系到铁路牵引供电系统的供电能力和供电质量，也同时影响到电力系统的电能质量及电网的安全可靠运行，需要综合研究、科学决策。铁路部门应加强和电力部门的沟通和协商，本着从国家大局出发，共同研究制定电气化铁路合理的供电方案和综合电能质量治理措施，促进铁路和电力互利双赢、和谐发展，共同为国民经济建设和提高人民生活水平作出更大的贡献。
参考文献
[1] 胡国根，电力系统过电压分析与计算【M】，北京：水利电力出版社
[2] 赵树东，韶山8型电力机车机车【M】，北京：中国铁道出版社
[3] 罗飞、余东，电气化铁路谐波对电网的影响【M】，四川水力发电
[4] 白文婷，电气化铁路中国速度【J】，电气时代