saiber赛八
电气化铁道电能质量综合控制研究摘 要:作为典型的非平衡负载,电气化铁道的牵引负载给公共电网带来的谐波、负序和无功等电能质量问题不容忽视。静止无功补偿装置(SVC)是一种减小甚至消除无功、谐波以及其他电能质量问题的有效方法。以静止无功补偿器(SVC)为基础,对电气化铁道的电能质量问题的综合控制进行研究。关键词:电气化铁道;电网;电能质量;综合控制1 前言中国的电气化铁道总里程已经突破2·4万公里,跃居世界第二。电气化铁道具有运载能力强、行车速度快、节约能源、对环境污染小等优点,在现代国民经济发展中起着举足轻重的作用。但是,由于电气化铁道牵引负载所具有的随即波动性和不对称性,其给公共电网带来的诸如负序电流、谐波以及无功功率等电能质量问题也引起了极大的关注。研究如何利用有效手段治理电气化铁道牵引负载所带来的一系列电能质量问题,确保电网中其他电力设备的安全经济运行具有重大意义。2 电气化铁道牵引供电系统2·1 概述我国的动力供电电网电压一般为110kV或者220kV,通过牵引变压器转换为27·5kV作为牵引动力机车的供电。现在普遍流行的牵引变压器种类主要有单相牵引变压器、Y-D11牵引变压器、阻抗匹配牵引变压器、Scott变压器等。我国电气化铁道采用工频交流50Hz三相供电单相用电,其负荷牵引电力机车的功率大,速度、负载状况变化频繁,且具有不对称的特性,导致牵引电网具有功率因数低、谐波含量高、负序电流大等特点,不但自身损耗大,而且对公共电网及铁路沿线的其他电力设备也带来严重危害,必须采取有效措施加以治理[1]。2·2 单相变压器牵引供电网采用单相牵引变压器的牵引供电系统拓扑结构如图1所示[2]。单相接线牵引网采用单相变压器供电,供电方式又分为单相接线方式和V-V接线方式。单相接线牵引变压器的原边跨接于三相电力系统中的两相;副边一端与牵引侧母线连接,另一端与轨道及接地网连接。牵引变压器的容量利用率高,但其在电力系统中单相牵引负荷产生的负序电流较大,对接触网的供电不能实现双边供电。所以,这种结线只适用于电力系统容量较大,电力网比较发达,三相负荷用电能够可靠地由地方电网得到供应的场合。另外,单相牵引变压器要按全绝缘设计制造。而单相V-V接线将两台单相变压器以V的方式联于三相电力系统每一个牵引变电所都可以实现由三相系统的两相线电压供电。两变压器次边绕组,各取一端联至牵引变电所两相母线上。而它们的另一端则以联成公共端的方式接至钢轨引回的回流线。这时,两臂电压相位差60°接线,电流的不对称度有所减少。这种接线即通常所说的60°接线。2·3 三相Y-D11变压器牵引供电网采用三相Y-D11牵引变压器的牵引供电系统拓扑结构如图2所示[2]。三相Y-D11结线牵引变压器的高压侧通过引入线按规定次序接到110kV或220kV,三相电力系统的高压输电线上;变压器低压侧的一角c与轨道,接地网连接,变压器另两个角a和b分别接到27·5kV的a相和b相母线上。由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂供电,两臂电压的相位差为60°,也是60°接线。因此,在这两个相邻的接触网区段间采用了分相绝缘器。3 SVC静止型动态无功补偿装置3·1 SVC的发展静止型动态无功补偿装置SVC是一种先进的高压电网动态功率因数补偿装置。它通过提高功率因数来节约大量的电能,同时又起到减少电网谐波、稳定电压、改善电网质量(环境)的作用。20世纪70年代以来,以晶闸管控制的电抗器(TCR)、晶闸管投切的电容器(TSC)以及二者的混合装置(TCR+TSC)等主要形式组成的静止无功补偿器(SVC)得到快速发展。SVC可以看成是电纳值能调节的无功元件,它依靠电力电子器件开关来实现无功调节。SVC作为系统补偿时可以连续调节并与系统进行无功功率交换,同时还具有较快的响应速度,它能够维持端电压恒定3·2 SVC的工作原理及在电网中应用TCR+TSC型SVC的基本拓扑结构见图3。它由1台TCR、2台TSC以及2个无源滤波器组成,在实际系统中,TSC及无源滤波的组数可根据需要设置。TCR的工作原理是通过控制与相控电抗器连接的反并联晶闸管对的移相触发脉冲来改变电抗器等效电纳的大小,从而输出连续可变的无功功率。图3中两个晶闸管分别按照单相半波交流开关运行,通过改变控制角α可以改变电感中通过的电流。α的计量以电压过零点为基准,α在90°~180°之间可部分导通,导通角增大则电流基波分量减小,等价于用增大电抗器的电抗来减小基波无功功率。导通角在90°~180°之间连续调节时电流也从额定到0连续变化,TCR提供的补偿电流中含有谐波分量[3]。TSC的工作原理是根据负载感性无功功率的变化通过反并联晶闸管对来切除或者投入电容器。这里,晶闸管只是作为投切开关,而不像TCR中的晶闸管起相控作用。在实际系统中,每个电容器组都要串联一个阻尼电抗器,以降低非正常运行状态下产生的对晶闸管的冲击电流值,同时避免与系统产生谐振。用晶闸管投切电容器组时,通常选取系统电压峰值时或者过零点时作为投切动作的必要条件。由于TSC中的电容器只是在两个极端的电流值之间切换,因此它不会产生谐波,但它对无功功率的补偿是阶跃的。TCR和TSC组合后的运行原理为:当系统电压低于设定的运行电压时,根据需要补偿的无功量投入适当组数的电容器组,并略有一点正偏差(过补偿),此时再利用TCR调节输出的感性无功功率来抵消这部分过补偿容性无功;当系统电压高于设定电压时,则切除所有电容器组,只留有TCR运行。4 电网电能质量综合控制与治理4·1 谐波抑止与无功补偿利用SVC动态无功补偿装置对牵引供电系统的谐波和无功进行综合治理的关键是SVC最大无功补偿量的确定和滤波器支路的设计[3]。SVC最大无功补偿量Qsvc应该和设计线路牵引负荷的大小相适应,应该按电气化铁道牵引负荷的最大有功需求以及补偿后对装设地点功率因数或在最大无功冲击时的最大电压损耗的要求来确定,具体可以按照式(1)、(2)来计算。QSVC=(tanφ1-tanφ2)Pmax(1)式中,φ1、φ2分别为补偿前后110kV电源测功率因数角;Pmax为电铁负荷最大有功需求。QSVC=Qfmax-ΔU%Xs(2)式中,Qfmax为装设地点最大无功冲击;ΔU%为装设地点最大电压损耗要求;Xs为系统阻抗。要想达到理想的谐波抑止效果,必须综合考虑FC滤波支路的设计,既要保证装置的安全运行,又要达到预计的理想效果。在实际设计中,首先需要根据供电臂中所含的谐波分量来确定FC滤波支路的组成。由于在电力牵引负荷的谐波中, 3、5、7次谐波占了很大的比重,所以FC滤波支路一般由3、5、7次单调谐滤波器构成。当最大无功补偿容量和滤波支路的组成确定后,如何将需补无功容量合理分配到各滤波支路中,这是非常重要的问题。如果各滤波支路的容量分配不合理,一方面会使设备安装总容量偏大,另一方面有可能因为某此滤波回路补偿功率偏小而发生过负荷,对设备安全运行造成影响。一些著名的电气公司采用的一些算法如下[6]:如西门子公司的无功功率补偿按式(3)分配Qc(h)=QSVCIh/h∑Ih/h(3)式中,Qc(h)是第h次滤波支路分配的补偿容量;Ih为供电臂第h次谐波电流。BBC电气公司按照式(4)分配无功功率Qc(h)=QSVC∑Ih(4)AEG电气公司则按照式(5)分配无功Qc(3)∶Qc(5)∶Qc(11)∶Qc(13)=2∶2∶1∶1 (5)式中,Qc(3)、Qc(5)、Qc(11)、Qc(13)分别为第3、5、11、13次滤波支路分配的补偿容量。4·2 负序电流补偿牵引电力机车产生的大量负序电流给电网中其他的电力设备的安全、经济运行带来极大影响。SVC静止动态无功补偿装置在补偿负序和末端电压上有着相当高的效率。工程应用上可以选择在电网系统和负荷上都安装SVC[5]。在电网系统端安装应用SVC来补偿负序电流的原则是参照斯坦梅茨法则(Steinmetz′s laws)。不管采用哪一种牵引变压器,负序补偿的实现分为如下两步:(1)电力因数修正。通过安装电容器件,使得每相负荷都为电阻性。(2)参照斯坦梅茨法则(Steinmetz′s laws),AB相的电阻性负荷G,与BC相的电容性负荷G/ 3以及CA相的电感性负荷G/ 3互相对称。电流环路图和相位图分别如图4、5所示:从图5可以明显看到线电流I·A,I·B,I·C是对称且正序的,BC相和CA相之间的阻抗负载也可以做到类似的对称,因此系统中的所有负序电流都可以被补偿而消除。现在问题的关键是如何随着牵引负荷的起伏动态地控制补偿需要的电容和电感器组。急于数字信号处理器(DSP)的固定电容(FC)和晶闸管控制的电抗器(TCR)的组合得以广泛应用,如图6所示。得益于DSP对数据信息的快速处理,补偿所需的电容和电感参数可以被快速、精确计算得到。5 结论与展望本文提出的基于静止动态无功补偿装置(SVC)的电气化铁道牵引电网电能质量综合控制与治理原理与方案具有重要的工程意义。电气化铁道的电能质量是一个突出且严峻的课题与难题,要求我们不断探求新的综合补偿方法,来综合控制与治理影响电能质量的无功、谐波、负序等因素,以提高电网电能质量,确保电网安全、经济运行。参考文献[1] 李群湛.电气化铁道并联综合补偿及其应用[M].北京:中国铁道出版社, 1993.[2] TB/10009-2005铁路电力牵引供电设计规范[S].[3] 王兆安.谐波抑止和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,1999.[4] 铁道部电气化工程局电气化勘测设计院.电气化铁道设计手册牵引供电系统[M].北京:中国铁道出版社, 1988.[5] 安鹏,张雷,刘玉田.电气化铁道对电力系统安全运行的影响及对策[J].山东电力技术, 2005, (4): 16-19.[6] 马千里.动态无功补偿装置在牵引变电所的应用[J].电气化铁道, 2008(4).
酒酿圆子珺
铁路电力工程施工问题分析论文
摘要： 电力电缆是铁路电力工程建设过程的重要部分，为了达到设计建设标准，就应该将铁路电力工程建设中的各个环节做好，保证铁路电力工程施工的质量。文章对高速铁路的电力系统的供电线路以及施工进行了介绍，对铁路电力工程施工中存在的问题进行了分析，并提出了相应的解决办法，希望能对铁路电力工程施工起到一定的指导作用。
关键词： 铁路电力工程；电力电缆；工程施工；施工质量；铁路建设
近年来，我国在铁路建设方面的投入急速增加，这在很大程度上推动了铁路电力工程施工技术的发展和工程质量的提高。然而在实际的铁路电力工程的施工过程中却有些不尽如人意的地方，尤其是一些比较突出的技术问题和管理问题，这对铁路电力工程的施工质量和供电系统的安全供电造成了十分不利的影响。在这种情况下，就需要详细地了解铁路电力系统的供电原理和铁路电力工程的施工情况，找出其中的根本性问题，提出合理的解决办法，彻底解决在铁路电力工程施工中存在的问题，进而提高铁路电力工程的施工质量，保证供电系统的安全、正常供电。由于当前电缆线路的使用所占比重正逐渐增加，下文将着重介绍电力电缆的施工情况及相关问题。
1铁路供电线路系统简介
铁路系统获取的电能是从发电厂通过升压将电力传输到铁道供电系统的变电所，变电所将电压或者电流降低至适合于铁道列车使用的范围，然后再由架空线或者电力电缆输送到列车。所以说架空线路和电缆线路是铁路供电线路系统中最为核心的部分，下面对这两种供电线路的特点进行简单介绍：
1.1架空线路
架空线路是利用绝缘子将导线固定于直立的电杆上以传送电力的输电线路，架空线路主要由输电导线、绝缘子、电杆以及接地装置等组成。同电缆线路相比较，其优点在于架空线路的成本低，架设的时间短，并且便于维护和检修；然而架空线路也有着明显的缺点，由于其暴露在外界环境中，会受到各种气象条件的影响，例如气温变化、暴雨袭击、冰雹、闪电等这都会对架空线路的保护层造成严重损伤，严重时还会出现停电事故。
1.2电缆线路
电缆线路通常由导线、绝缘层以及保护层构成。电缆线路一般用于架空线路难以架设的地区，例如城市、隧道等特殊地段。同架空线路相比较，电缆线路的优点在于其供电可靠性高，不用占用地面上的空间，不需要架设电杆，节约了木材、水泥等，此外，由于电缆线路的可靠性很高，所以其运行维护以及检修非常简单。不过电缆线路也有着比较明显的缺点，首先电缆价格昂贵，另外电缆接头的施工工艺较为复杂，容易出现故障，并且在敷设完成后，对电缆进行检修非常困难。
2铁路电力工程施工技术简介
在电力传输中，电力电缆的使用的比重逐渐增加，并且随着国内经济持续快速的发展，电力电缆行业得到迅速发展，尤其是铁路供电系统。因此在铁路电力工程施工中，电力电缆的使用率逐年增加，故下文主要介绍铁路电力工程施工中电力电缆的施工技术。
2.1铁路电力电缆的施工敷设方式
2.1.1路基区段。在普通的路基区段，电力电缆应该沿着轨道两侧预留的槽进行敷设，在穿过轨道时，电缆外应套上钢管进行保护。此外在路基段与桥梁段、隧道段的过渡区应该设置过渡段，并且还需要满足电缆弯曲半径的要求。
2.1.2桥梁区段。在桥梁区段，电力电缆应该沿着桥梁轨道两侧预留的槽进行敷设，并且在桥梁上还需要考虑预留电力电缆用于引上或者引下的锯齿形槽口；在将电缆线引出电缆槽或引下桥梁时，应将引出的电缆敷设在桥墩上的电缆桥架上。
2.1.3隧道区段。在隧道区段，电力电缆需要敷设在沿着隧道轨道两侧预留的槽中，并且在隧道的照明洞室内应当设置满足电缆完全半径要求的余长腔，此外在隧道的进出口以及隧道内各腔室的附近应该设置一组过轨钢管，以保证电缆不受损坏。
2.1.4站场区段。在站场区段，高压低压的线路全部采用电力电缆，通常应该敷设在沿途的沟槽中，部分地段可以采用加钢管保护的直埋敷设。
2.2铁路电力电缆敷设施工工艺
2.2.1直埋敷设施工工艺。直埋敷设施工可分为三部分，分别是开挖沟槽、直埋电缆敷设以及填回土。开挖沟槽。主要有以下要求：第一，沟槽距离地面的深度至少为0.7m，在沟槽穿越道路时，应该加深至1m，穿越农地时深度至少为1.2m，在电缆供电电压超过35kV时，深度至少为1m；第二，穿越城市轨道交通时，电缆应安装规范采取相应的保护措施；第三，沟槽的转弯半径应该满足电缆敷设的弯曲半径要求；第四，在山坡地段挖槽时，应挖成摆线形式的曲线，以便于电缆的敷设，且能减小电缆被洪水冲断的可能性。直埋电缆敷设。在直埋电缆敷设前，应该对施工现场，电缆线等进行检查，避免出现电缆损坏。敷设时，电缆应该摆放整齐，不出现交叉，并在电缆外加盖电缆保护板，在电缆引出地段应该采取相应的保护措施，在电缆的接头处注上标记等。在敷设完毕之后需要对电缆端部做密封处理，防止电缆线受潮。填回土。用于回填的'土质应对电缆外层无腐蚀且土质中不能含有小石子等硬质杂物；填完土之后，应该进行夯实，并且在直埋电缆的土层上方设置相应的提醒标识牌。
2.2.2电缆管道敷设施工工艺。电缆敷设前，应检查电缆的线芯应该满足非磁性材料的要求，用于敷设的管道内部必须无杂物，电缆穿过管道时，不能造成电缆损伤。敷设电缆时，电缆所受的牵引力、侧压力应该满足不同电缆质量要求，敷设弯曲半径满足电缆弯曲半径的要求，并在电缆的接头处、拐弯处等易造成电缆损伤的地方采取相应的保护措施，且电缆电压超过110kV时，拐弯处的侧压力不能超过3kN/m（电缆制造厂有特殊规定除外）。在电缆敷设后，应该按照规定将电缆固定于电缆支架上，并做好管道中电缆的密封，在电缆接头处注上标记。
3铁路电力工程施工中存在的问题
3.1管路电缆敷设问题
管路电缆敷设主要包括配管原材料选择不合格、管路保护层不合格、电缆弯折以及线路布置等问题。其中配管原材料选择不合格的问题是在需要镀锌的地方未镀锌，在选用金属管的地方却没有选择金属管；管理保护层不合格的问题是在掩埋的过程中由于监督不到位，会导致保护层不足而引起管路裂缝，严重时甚至会堵塞管路；电缆弯折的问题是在设计沟槽的时候没有考虑电缆的最小弯曲半径，进而致使电缆由于通过电流大进而诱发电感现象，可能损坏电路系统。线路布置问题是在掩埋的过程中对落入管道内的杂物没能清除，这样可能导致在电缆通入管道时造成堵塞或者划坏电缆外层。
3.2铁路电缆架设问题
铁路电缆的架设问题主要是部分施工单位为了牟取私利，在架设电缆时采用劣质产品，并且相关电缆未能进行系统的划分而随意使用，此外在进行电缆连接时相应电缆未能注上标识，而随意将两端电缆进行连接，这样就会使电缆难以满足使用的需要以及造成电力系统的混乱，甚至会由于电缆的质量问题最终导致整个电力系统的瘫痪，造成严重的后果。3.3其他方面的问题在铁路电力工程施工中，由于部分施工人员的专业素质不强，安全意识薄弱，在进行铁路电力工程施工的过程中，就容易出现一些施工问题，例如：施工人员没有按照图纸正确的坐标设置配电箱体以及接线盒；灯位和吊扇钩盒的放置出现较大的偏差；柱子内部的箱盒未能安放整齐，箱盒没有牢固地安放好，出现震动时，其位置就容易发生偏移。
4铁路电力工程施工中问题的建议
4.1管路电缆敷设施工方面的建议
在进行施工之前一定要严格地审核施工图纸，仔细检查其中可能存在的错误和纰漏，对于不合理的地方要进行及时的修正，尤其是电缆的弯曲半径问题，要格外重视。此外在设计理念上要充分结合相关学科，对于因专业问题而造成的施工困难应该及时向有关部门汇报。在施工的过程中要对重点的施工环节进行监督指导，防止施工人员偷工减料，另外要重视管路以及电缆的选择，确保所选用的材料能够满足整个施工的要求，对于购买的材料要详细的清点，防止劣质材料进入施工现场。
4.2铁路电缆架设施工方面的建议
在敷设电缆时，应该做到电缆摆放整齐，不出现交叉，另外在电缆引出地段应该采取相应的保护措施，并在电缆的接头处注上标记等。最后在敷设完毕之后需要对电缆端部做密封处理，防止电缆线受潮。在阶段性的施工完成后要安排专门的质量检测小组对施工质量进行检测评估，对电缆线的接通与否进行检测，防止施工过程中出现差错，尤其是电缆接头接错以及电缆断路。4.3其他施工方面的建议为了避免出现由于施工人员专业技能不强而引起的问题，企业应该重视对施工的管理工作，施工企业要对施工人员进行系统培训，提高现场施工人员的素质，要求施工人员按照相关规则制度进行施工作业，建立由老员工带领新员工进行施工作业的合理制度，理论联系实际，让所有施工人员养成良好的施工习惯。此外还要制定相应的惩罚制度，对于违反施工规范的员工进行相应的惩罚，对于技术管理人员的任命一定要严格谨慎，技术管理人员必须要有足够的施工管理经验。最后在工程交付时，一定要做好质量安全检查，以确保施工中的监测以及工程完成后的把关。
5结语
总而言之，铁路电力工程的建设是整个铁路建设的重要组成部分，对于施工工程中可能存在的问题一定要引起高度重视，预防和解决这些问题对于整个铁路电力工程的建设具有非常重要的现实意义。
参考文献：
[1]薛凯军．铁路电力工程施工的问题及建议[J]．技术与市场，2014，（6）.
[2]白雪．高速铁路电力工程施工技术的探讨[J]．城市建设理论研究（电子版），2012，（14）.
[3]庞久宗．高速铁路电力电缆施工技术浅析[J]．成铁科技，2016，（2）.
[4]蒋葆华．浅析铁路电力工程施工的问题及对策[J]．中国科技纵横，2016，（18）.
[5]李康宁．关于铁路电力工程施工的问题及建议探讨[J]．工程技术（全文版），2016，（5）.
电气化铁道电能质量综合控制研究摘 要:作为典型的非平衡负载,电气化铁道的牵引负载给公共电网带来的谐波、负序和无功等电能质量问题不容忽视。静止无功补偿装置(SVC
小七木瓜 2人参与回答 2023-12-10 国家铁路建设近些年发展的十分迅猛，动车、高铁的快速建设、运营，对国家的经济建设和人们的生活质量的提高影响巨大。关于城市轨道交通的论文题目有哪些呢？下面我给大家带
湖边隐居 2人参与回答 2023-12-08 交通工程毕业论文题目 交通工程是运输工程学中的一个分支。运输工程包括：公路交通、铁路交通、航空交通、水上交通、管道交通五项内容。下面是我为你带来的 交通工程毕业
纯情小泰伦 2人参与回答 2023-12-07 在工程中为了配合线路施工，接触网过渡工程依据线路改造的实际情况，采取了多种不同的过渡施工技术。我为大家整理的接触网新技术论文，希望你们喜欢。 接触网
luanqiqing 3人参与回答 2023-12-08 铁路货运量预测是指在对铁路货运市场调查、分析基础上，运用科学的方法，估计未来货运量及其变化规律，为制定有关政策，编制运输、快递发展规划提供科学依据。常用的预测方
耶丽芙小熊 3人参与回答 2023-12-11