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[摘要]伴随着中国经济的腾飞，电气化铁路由于在高速、重载、节能等方面有着明显的优势，取得了巨大的发展，同时，因其产生的电能质量问题日益严重。本文首先介绍了电气化铁路牵引变电站的电气系统和电力机车的特点，然后分析了电气化铁路运行产生的谐波和负序电流的特点，并分析了电气化铁路功率因子低以及接触网电压降落的问题，对电气化铁路电能质量分析有一定的借鉴意义。
[关键词]电气化铁路谐波负序电流功率因子
中图分类号：TB52+4 文献标识码：TB 文章编号：1009―914X（2013）28―0621―01
1、前言
在资源依赖性，运输能力，物流成本及环境保护等方面，电气化铁路具有明显的优越性[1]。电力作为主要源动力，有助于国家调整能源消费结构，是铁路牵引动力的发展方向。我国电气化铁路电能质量问题，主要表现在负序、功率因子低及谐波污染等方面，严重影响了所连接的公用电网电能质量。随着《电能质量》国家标准的实施与完善，电铁的电能质量问题必将更加得到重视。
2、电气化铁路系统
2.1牽引供电系统
牵引变电所连接电力系统与牵引负荷。牵引变电所从电力系统接收电能，将其引入牵引负荷。主要设备是牵引变压器。铁路电力牵引负荷属于一级负荷，应由两路独立输电线供电，并需设置两台独立牵引变压器。牵引变电所是一种以三线两相变压器为特点的特殊供电结构。
目前单相供电系统在国内广泛使用[2]，通过三相供电系统与大电网相连接，造成大电网的三相不平衡。采取三相四线制时，其中性线会过电流，消耗大量有功和无功功率。采取三相三线制，会发生“中点位移”，会造成负载电压不对称，危害设备正常运行。单相电气化铁道带来的负序电流，及其谐波污染会对所连区域电网造成危害。故电气化铁道的接触网采用分段换相供电，以平衡三相负荷。
由于电力机车负荷的冲击性和随机性，电能质量问题在在时间分布上难以准确预估，导致现行电铁电能质量分析问题上存在一定困难。
2.2电力机车
目前，常用的牵引供电系统是50Hz交流牵引供电系统，牵引负荷为交直型和交直交型电力机车。两种类型的机车自身都不产生电能，其能量传递过程为：从牵引供电系统获取电能，经牵引整流器调节后引入牵引电机，驱动机车车辆前行。其中交直型电机由于严重的电能质量问题，虽以停产，但其退出电铁系统扔是个缓慢的历史过程。
3、电气化铁路电能质量问题
3.1电气化铁路谐波特点
我国电铁系统采用两相单独供电，但两相负荷耦合性低，可认为是独立负荷。由于电铁负荷的峰值随机性，造成电铁谐波电流峰值大幅度变化。负荷产生的谐波有很大的波动性。且其产生的谐波能够广泛分布在复平面的四个象限上，并且为随机分布，而一般电力系统中低次谐波基本上分布在第一象限，11、13次谐波主要分布在二、三象限，高次谐波则分布在整个复平面上。稳态运行时的单相整流负荷只有奇次谐波产生，而偶次谐波只会出现在涌流中。
3.2负序电流分析
以单相牵引变压器为例分析，其原边相电流和次边负荷电流的关系为，
（1）
一次侧正序电流和负序电流表达式为，
（2）
电流不平衡度为（3）
同样，可以得到不同型式的牵引变压器负序电流及电流不平衡特性，如表1所示：
表1各种型式牵引变压器电流不平衡度特性
电流不平衡
度最小值 电流不平衡度最大值 电流不平衡度
变化趋势
牵引变压器类型 最小值 负荷情况 最大值 负荷情况
单项 1 任何负荷 1 任何负荷 常数1
V接线 0 K1=1且αz-βz=60º 1.4 K1=1或αz-βz=90º 随着|k1-1|或αz-βz-60º增大而增大
YN，d11 0 K1=1且αz-βz=-60º 1.4 K1=1或αz-βz=60º 随着|k1-1|或αz-βz+60º增大而增大
SCOTT 0 K1=1且αz-βz=0º 1 K1=0，∞且αz-βz=60º 随着|k1-1|或|αz-βz|增大而增大
3.3功率因子
交直型电机运行中功率因子明显偏低，这是由其固有特性决定的，其牵引变压器二次侧的功率因子为0.82左右，一次侧更低约为0.78左右。而交直交型电力机车的功率因子一般约为0.95，不存在功率因子偏低的问题。
目前，固定无功兼补偿滤波器在牵引变电所广泛使用，它会在牵引负荷较大事出现欠补偿，在电力系统短路容量小时，无功补偿不足会造成电压剧烈波动，电压偏差过大，出现列车缓行和坡停故障。也会在牵引负荷较小时向系统注入容性无功，造成过补偿，导致功率因子下降。
4、结论
我国现有铁路的电气化改造和新建电气化铁路及高速铁路正飞速发展，谐波电流、负序电流、功率因子等电能质量问题对电气化铁路的影响日益突出。本文分别对各个问题进行分析，为相关问题的解决提供了借鉴，对提高电网电能质量，保证电力系统安全稳定运行具有重大意义。
参考文献
[1] 李群湛，连级三，高仕斌.高速电路电气化工程〔M].成都：西南交通大学出版社，2006•
[2] 谭秀炳.交流电气化铁道牵引供电系统[M].成都：西南交通大学出版社，2009.
[关键词]电气化铁路谐波负序电流功率因子
中图分类号：TB52+4 文献标识码：TB 文章编号：1009―914X（2013）28―0621―01
1、前言
在资源依赖性，运输能力，物流成本及环境保护等方面，电气化铁路具有明显的优越性[1]。电力作为主要源动力，有助于国家调整能源消费结构，是铁路牵引动力的发展方向。我国电气化铁路电能质量问题，主要表现在负序、功率因子低及谐波污染等方面，严重影响了所连接的公用电网电能质量。随着《电能质量》国家标准的实施与完善，电铁的电能质量问题必将更加得到重视。
2、电气化铁路系统
2.1牽引供电系统
牵引变电所连接电力系统与牵引负荷。牵引变电所从电力系统接收电能，将其引入牵引负荷。主要设备是牵引变压器。铁路电力牵引负荷属于一级负荷，应由两路独立输电线供电，并需设置两台独立牵引变压器。牵引变电所是一种以三线两相变压器为特点的特殊供电结构。
目前单相供电系统在国内广泛使用[2]，通过三相供电系统与大电网相连接，造成大电网的三相不平衡。采取三相四线制时，其中性线会过电流，消耗大量有功和无功功率。采取三相三线制，会发生“中点位移”，会造成负载电压不对称，危害设备正常运行。单相电气化铁道带来的负序电流，及其谐波污染会对所连区域电网造成危害。故电气化铁道的接触网采用分段换相供电，以平衡三相负荷。
由于电力机车负荷的冲击性和随机性，电能质量问题在在时间分布上难以准确预估，导致现行电铁电能质量分析问题上存在一定困难。
2.2电力机车
目前，常用的牵引供电系统是50Hz交流牵引供电系统，牵引负荷为交直型和交直交型电力机车。两种类型的机车自身都不产生电能，其能量传递过程为：从牵引供电系统获取电能，经牵引整流器调节后引入牵引电机，驱动机车车辆前行。其中交直型电机由于严重的电能质量问题，虽以停产，但其退出电铁系统扔是个缓慢的历史过程。
3、电气化铁路电能质量问题
3.1电气化铁路谐波特点
我国电铁系统采用两相单独供电，但两相负荷耦合性低，可认为是独立负荷。由于电铁负荷的峰值随机性，造成电铁谐波电流峰值大幅度变化。负荷产生的谐波有很大的波动性。且其产生的谐波能够广泛分布在复平面的四个象限上，并且为随机分布，而一般电力系统中低次谐波基本上分布在第一象限，11、13次谐波主要分布在二、三象限，高次谐波则分布在整个复平面上。稳态运行时的单相整流负荷只有奇次谐波产生，而偶次谐波只会出现在涌流中。
3.2负序电流分析
以单相牵引变压器为例分析，其原边相电流和次边负荷电流的关系为，
（1）
一次侧正序电流和负序电流表达式为，
（2）
电流不平衡度为（3）
同样，可以得到不同型式的牵引变压器负序电流及电流不平衡特性，如表1所示：
表1各种型式牵引变压器电流不平衡度特性
电流不平衡
度最小值 电流不平衡度最大值 电流不平衡度
变化趋势
牵引变压器类型 最小值 负荷情况 最大值 负荷情况
单项 1 任何负荷 1 任何负荷 常数1
V接线 0 K1=1且αz-βz=60º 1.4 K1=1或αz-βz=90º 随着|k1-1|或αz-βz-60º增大而增大
YN，d11 0 K1=1且αz-βz=-60º 1.4 K1=1或αz-βz=60º 随着|k1-1|或αz-βz+60º增大而增大
SCOTT 0 K1=1且αz-βz=0º 1 K1=0，∞且αz-βz=60º 随着|k1-1|或|αz-βz|增大而增大
3.3功率因子
交直型电机运行中功率因子明显偏低，这是由其固有特性决定的，其牵引变压器二次侧的功率因子为0.82左右，一次侧更低约为0.78左右。而交直交型电力机车的功率因子一般约为0.95，不存在功率因子偏低的问题。
目前，固定无功兼补偿滤波器在牵引变电所广泛使用，它会在牵引负荷较大事出现欠补偿，在电力系统短路容量小时，无功补偿不足会造成电压剧烈波动，电压偏差过大，出现列车缓行和坡停故障。也会在牵引负荷较小时向系统注入容性无功，造成过补偿，导致功率因子下降。
4、结论
我国现有铁路的电气化改造和新建电气化铁路及高速铁路正飞速发展，谐波电流、负序电流、功率因子等电能质量问题对电气化铁路的影响日益突出。本文分别对各个问题进行分析，为相关问题的解决提供了借鉴，对提高电网电能质量，保证电力系统安全稳定运行具有重大意义。
参考文献
[1] 李群湛，连级三，高仕斌.高速电路电气化工程〔M].成都：西南交通大学出版社，2006•
[2] 谭秀炳.交流电气化铁道牵引供电系统[M].成都：西南交通大学出版社，2009.