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电气化铁道电能质量

发布时间:2017-07-07 13:23:49 编辑:gaogege
本文摘要:我国的电气化发展经历了3个大时期。1961年8月15日,我国第一条电气化铁路宝凤段通车,采用工频电线单相电流制,起步就步入了视界先进行列。
  我国的电气化发展经历了3个大时期。1961年8月15日,我国第一条电气化铁路宝凤段通车,采用工频电线单相电流制,起步就步入了视界先进行列。此后陆续建成了阳安线、襄渝线、石太线、宝成线等电气化铁度。1980年底,共建成电气化铁道1676公里,发展速度十分缓慢。从改革开放后,电气化铁路才迎来了蓬勃发展的春天,开始从山区向平原,由标准低的边缘地区向主要的长达干线发展。
 
  我国的高铁从2008年的8月京津城际开通为标志,最高运营时速350公里。2009年12月武广高铁开通,2010年2月郑西高铁开通,2011年6月,京沪铁开通,2012年12月哈大开通,同期京广也全线开通。2013年宁杭、杭甬、津秦、厦深、西宝等一批高速铁路投入运营。2014年贵广、兰新、南广投入运营。2015年成渝、合福、京津延伸线、哈齐、津保、海南西环等投入运营。2016年郑徐、沪昆、云桂投入运营。从我国第一条电气化铁路开始,到现在已经有56年的历史,我国现有电气化铁路7.71万公里,高速铁路2.2万公里,牵引用电500亿度。建成了世界一流的铁路供电网,2012年超越了俄罗斯,规模是世界第一。
 
  根据我国中长期铁路发展规划,到2020年,我国铁路营运里程达到15万公里,电气化里程达到11万公里,到2030年我国电气化的里程将会达到15万公里。要提高电气化的供电效率,改善供电的电能质量,节约能源是铁路经营增长方式根本转变的重要内容。
 
  国内外铁路牵引电流电压制方面主要有三种,即:直流制、单项低频交流制和单项工频交流制。不同电流制式又对应不同的电压制式,直流制分750V、1500V,3000V等。交流度制分为15KV,16.7Hz单相交流,还有11-15KV,25Hz单相交流。25KV单项工频交流。在这里,15KV,十六又三分之二赫兹主要以德国为主。11-15KV,23赫兹美国为主。这三种牵引电制式因为使用的目的不同,标称电压也不相同。在欧洲执行的是欧标50163牵引供电系统的电压等级。在我国执行的是(GBT10411)咱们城市轨道交通直流供电系统这个标准,还有一个国标1402,铁路干线电力牵引电流电压。目前不同的制式在世界的分布不同,主要用的是20-25千伏单相工频交流制,我们国家的起步就走到了世界的前列。
 
  我国电气化铁道至今已经形成了山区、平原、重载、200公里客专、300公里客专等不同特点的电气化铁路。同时外部电源环境的不同,变压器界限形式的不同,对电源系统造成了不同的影响。牵引负荷根据其波动量的大小,可以再细分成以下几种类。
 
  一,山区铁路。山区铁路的典型是冲击性负荷铁路,单线线路冲击性尤其明显。通常山区往往是省界或者区域电网分解位置,都属于供电网的末端,对于电力网末端的冲击性负荷,对于整个电网的负荷波动,就会造成比较大的影响。
 
  二,平原铁路。平原列车运行比较紧密,牵引变压器容量与山区铁路相当,但负荷的不均衡度较山区铁路有所好转。相应电力网一般比较发达,装机容量比较大,有足够的空间来承受电铁负序和谐波的影响。一般采用110千伏外部电源。
 
  三,重载铁路的情况与山区铁路近似,较为明显的有冲击性负荷,高峰负荷发生在大列运行的区段。牵引变压器的容量在峰值的时候可达到63兆,牵引点变电所外部电源电压110千伏,已经达到了传输容量的极限。往往在这种情况下,在重载的情况下,往往要考虑采用改变电压等级,要采用220千伏,甚至330的电压等级。
 
  四,针对200-250公里客专,一般采用220KV千伏的电源进线,若采用110千伏,也要对电网后续干扰,这些负荷进行要进行考核才能确定。
 
  五,300公里,咱们采用的电动车组,目前按照4分钟追踪进行预算,牵引变电所的安装容量达到63-75兆。如果采用3分钟追踪,远期的时候变压器容量就会达到90兆以上,显然对110千伏,最大承重量63来说,已经达到了瓶颈,要采用220千伏电网。
 
  目前,电气化铁道主要电能质量问题,主要关注谐波和负序。目前负序按照国表15543,电能质量三相电压不平衡来执行。正常情况是2%,最大负荷情况是4%。
 
  国外谐波标准,在英国执行G5/4,在这里面美国执行IEEE,目前用的比较广的是519,也就是2004版。虽然是519,但应该是2004版的。国外的谐波标准相对比较包容性,IEC横标准用电压衡量。奇次谐波还是偶次谐波都给出了明确的数值。欧标50160跟IEC基本一致。在欧标50160中要求衡量,每次谐波10分钟95%的平均方均根值,不要低于表2给出的值。总谐波电压畸变率,THD应该小于等于8%,我国这部分相当苛刻,现在是2%。为什么说电铁要走出国门,国外比我们放得开,国内反而抠得比较紧。英国是对电力系统谐波问题认识比较早的国家之一。英国早在1976年就颁布了EngineeringRecommendationG5/3作为对电力系统谐波限制标准之一,为我国和其它国家的谐波标准制定提供了实际经验,具有很大参考价值。我国的GB/T14549-93就是在参考英国的G5/3基础上制定的。英国于2001年在G5/3的基础上正式颁布了EngineeringRecommendationG5/4,对G5/3的很多方面进行了修订。美国IEEE工业应用协会自1973年起开始制定谐波标准,并于1981年发布了第一版IEEEStd519-1981。1986年将"导则"更新为"推荐方法"。这就是目前国际上广泛使用的IEEEStd519-1992,当前版本为IEEEStd519-1992(2004)。
 
  我国电气化铁路采用单相工频交流制,接入公用电网。因采用换相接入方式,牵引变电所出口和分区所处均设置电分相。
 
  由于使用电力系统三相中的两相分别通过供电臂向电力机车供电,为不对称负荷,造成三相不平衡,即负序。
 
  电分相造成列车速度和牵引力损失,列车过分相引起暂态过程对安全运行产生不良影响。
 
  电压偏差,电气化铁路,尤其是交直交的机车对电压要求非常高。根据这张图可以看出来,机车发出的功率和牵引板上的电压有很大的关系。当车在22.5千伏的时候,动车组在22.5千伏的时候,是满功率在运行。只要低于22.5,比如到20千伏,甚至到了19千伏,可以看出来功力马上就降到了80%,不可能满功率发挥。
 
  谐波,目前是铁路行业现在发现,碰到越来越多的问题。随着动车组的开行,前一段时间在京秦出现了一个问题,由于供电臂比较长,空载的情况下,电容效应比较大,出现了谐振,造成我们供电臂没有办法运行,我们当时考虑,采用了谐波治理装置。在TR和FR之间装了一个谐波治理装置,这套装投用以后,运行非常良好
 
  随着铁路快速发展,电力系统对电铁电能质量又提出了一个新要求。电能质量问题从始至终都伴随着电气化铁路的发展,随着电气化铁路目前装备的提升,对电力系统的要求,基本能够达到要求。另外一个方面,对电力系统要求,迫使电力系统提升了自己的能力。目前铁路的大发展也带来了电力系统的大发展。我们和电力系统是相生相融的关系,铁路发展离不开电力系统的发展,反过来说,电力系统也离不开我们铁路系统的发展。
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