[关键词]牵引供电系统；供电质量；方法

1引言

众所周知，牵引供电系统与一般工业用户不同，它是一个不对称的单相牵引负荷，会造成电力系统三相负荷的不平衡，对电力系统的运行产生不良影响。

1.1 单相交流电力牵引负荷对电力系统产生的负序影响

铁道电气化单相供电的牵引负荷，造成电力系统三相电压的严重不平衡而产生负序电流，对三相发电机和电动机的工作状态，产生不稳定运转的影响。并致使铁道电气化区段周围的农业用电和居民用电都不能正常运转。为解决负序问题，虽然曾采用过三相中的两相，如A、B两相向变电所相反方向接触网供电，和加大变电所变压器容量等方法，但由于电力牵引列车不均衡的频繁波动，仍没能彻底解决问题。

1.2 供电线路过长造成网压下降

由于牵引网要保证运动的机车供电，因此必须架设接触网。这样就使得线路的供电电压损耗增加，而且接触网电压可能达不到额定电压的要求。

1.3 无功功率问题和功率因数低的问题

直流传动电力机车无功功率大，功率因数低也是众所周知的严重问题，虽然采用过诸多措施，如变电所并联电容器的静态无功补偿等。但是，当无牵引负荷时，容性超前电流也形成无功功率，而有的区段供电网功率因数低到0.4左右。

1.4 谐波污染问题

单相供电的电力机车牵引的感性负载滞后的电流与相电压之间的换相角，最大能达到40多度，这一电压缺口，将引起网压强烈振荡，产生高次谐波电流，严重污染供电电网，破坏供电网的基波电压电流的质量，致使电机电器温升增加和产生振动。

1.5 电磁干扰和电噪音的污染

电气化铁道供电网本身具有电磁场分布的电磁干扰，另外上述各类问题的产生加大了电磁严重干扰。

2 现有的解决方法及存在的缺陷

2.1 通过专用牵引变压器实现牵引供电

牵引供电系统的供电变压器为专用变压器，如单相有载调压牵引变压器，这种牵引变压器通过有载调压或无载调的方式提高电网电压，结构简单，但只能解决网压下降的问题。

2.2 采用轮换相序的接线方法

电气化铁路设有多个牵引变电所，由同一电力系统供电的牵引变电所产生的多个不同相位的负序电流相加，其总负序电流会减少。因此接入多个不同相序的牵引变电所，可以降低流入同一电力系统总负序电流的影响。

2.3 对谐波影响的对策

2.3.1 在牵引变电所中安装并联电容补偿装置，一方面改善功率因数，一方面起滤波作用；

2.3.2 在机车上安装并联电容补偿和滤波装置，改善功率因数的同时滤去部分3次和5次谐波；

2.3.3 用更高电压向电气化铁路供电。

3 新的发展及思路

上面所介绍的各种措施起到了相当的作用，对改善供电系统的质量有很大帮助。新技术和新工艺的发展又为这一领域带来了新的思路和新发展。如大功率变频技术的成熟，新型牵引变压器的研制都将成为这一领域发展的重点。

3.1 采用高电压大功率GTC多电平PWM变换器改善和解决牵引供电质量

利用“交—直—交”电压型多电平高压大功率PWM变换技术来改善牵引单相供电对电力系统的影响。多电平PWM调制加上中间环节储能电容器的滤波作用，能够减少电网的高次谐波成分。由于高次谐波的消除，将明显减少电噪音的污染和电磁干扰。再生制动的反馈能量经过中间直流环节和“交—直”侧四相限变换器调节后，输入到电力网的电能质量是同样的优异。不管来自何方的谐波电流，经过此环节都能被滤波成直流，经过调节还是恒定的直流电压。如上述电路能采用高压IGBT功率器件，则在滤掉高次谐波的功能上有更大的改进。

3.2 采用新型变压器

3.2.1 三相不等容牵引变压器

这种牵引变压器是根据铁路牵引变压器运行时三相负荷为不对称的特点，在YNdll三相牵引变压器的基础上，将中相（B）富余容量抽出，平均分配到两个边（A、C）相，制造成三相容量不等的牵引变压器，以达到提高容量利用率、降低主变压器选用容量的目的。

3.2.2 阻抗匹配牵引变压器

目前用于电气化铁道牵引变电所的平衡变压器主要是斯科特接线变压器，但斯科特接线变压器在低压侧负荷变化的情况下，中性点电位会显著漂移，直接接地会有零序电流，造成对通讯的干扰，并使原方三相电压不对称，危及变压器的运行安全，使原方中性点不能直接接地，只能应用在100kV以下的电力系统。新型阻抗匹配变压器利用阻抗匹配方法，控制相关绕组的电流分布的相位关系，在用三相三柱等截面铁芯构成变压和换相的双重功能，在原方可引出中性点接地情况下，能实现三相对两相平衡和对称变换，有效抑制负序电流，提高材料利用率，降低有功损耗和压降损耗，改善电压质量，提高承担牵引负荷的过载能力。这种变压器可用于100kV以上，又能适用110kV以下的电力系统。

3.2.3 三相变四相牵引变压器

这是一种正在研制开发的新型大容量牵引变压器。通过相量分析可知在变压器三相侧与四相侧电流的对称分量中，只有两侧的正序分量与负序分量分别具有一一对应的关系，即变压器四相侧的零序电流与半零序电流不能变换到三相侧。同样地，三相侧的零序电流也不能变换到四相侧。其运行均匀性和制造经济性都优于传统结构的斯考特变压器。

3.3 采用可控电抗器配合并联电容器组的动态无功补偿系统，实现电气化铁路系统动态无功补偿

动态无功补偿系统由单相可控电抗器和固定电容器组成。当电力机车进入牵引变电所所辖范围时，固定电容器组充分补偿机车感性无功，可控电抗器的容量调到最小（空载）；当电力机车驶出所辖电网以外后，电容器向系统倒送无功，此时，迅速调节磁阀式可控电抗器的容量到最大值，以吸收容性无功；在电力机车负荷变化的过程中，可控电抗器快速跟踪补偿剩余容性无功，从而保证了高功率因数。与此同时，电容器组同时还起着3次、5次以及高次谐波滤波器的作用。该动态无功补偿系统能快速补偿系统无功，使功率因数保持在较高水平，而且也能满足谐波抑制要求，很好地改善了供电质量，提高了供电系统的经济效益。

4 结束语

电力牵引供电系统对电力系统的“电污染”现象已成为供电系统必须解决的质量问题，如上文所述，采用新型牵引供电设备、新的变频技术和新的补偿技术必将为改善这一质量问题提供一个新的思路，我们期待这一切尽快实现。□ （编辑/穆杨）