电气化铁路电能质量评估分析

电气化铁路电能质量评估分析

马文瑜 1   王开青 2

1 山东泰开送变电有限公司 山东泰安 271000

²山东泰开电力电子有限公司 山东泰安271000

摘要：随着我国基础设施建设的大力推进，电气化铁路以其更高的运输速度、更大的运载能力、更低的运输成本和更好的安全性得到广泛关注，新时期“八纵八横”高速铁路网的宏伟蓝图已经初现规模。受制于城市化建设等因素的影响，电气化铁路与油气管线综合管廊密集交织的现象难以避免。电气化铁路牵引供电系统一般采用交流单相制，其波动性大、电压不平衡等特点会对沿线近距离平行或交越的埋地油气管线造成交流电磁干扰。虽然近些年电气化铁路牵引供电方式多采用带回流线直接供电和AT供电方式，最大限度地从源头减弱了电磁干扰程度，然而大量研究成果表明，在被干扰端施加防护措施仍然十分必要。

关键词：电气化铁路；电能质量；评估分析；

引言

随着全国高速电气化铁路的大规模建设，铁路牵引变电所的用电负荷显著增加，对电网的影响也日渐加深。由于电气化铁路属于非线性、波动性及大容量的负荷，且电力机车受电时间长，电力牵引变将对电网电能质量产生较大影响，主要体现在谐波、电压偏差及电压波动等方面。因此，进行电气化铁路牵引变供电方案设计研究时，有必要收集区域电网参数、电气化铁路牵引变负荷资料等，定量评估其接入后对电力系统电能质量的影响。

1防护设计原则

对于与交流电气化铁路交越平行的油气管道，根据管道的性质和可能产生的干扰程度，采取以人身和设备的安全作为防护重点并兼顾管道防腐的原则。为了减少和消除电磁干扰并兼顾管道防腐，对管道采用排流方式，并结合管道性质及既有防护工艺，选取相应的防护设计方案。对于没有采取外加强制电流保护的裸露油气管线及既有牺牲阳极防护的管线，建议采取牺牲阳极防护措施；对于运行时间要求较长、使用要求较高、既有强制电流保护的管线，建议采取固态去耦合防护方案。对可能造成影响的防护设施，可采取先监测后防护的方法，待电气化铁路开通后根据测试结果确定补充防护方案。

2电压波动评估的依据和方法

依据ＧＢ／Ｔ１２３２６—２００８《电能质量电压波动和闪变》，任何一个波动负荷用户在电力系统公共连接点产生的电压波动，其限值均与电压波动频度、电压等级有关。很少的变动频度（每日少于１次）电压变动限值ｄ还可放宽，但不在本标准中规定。对于随机性不规则的电压波动，如电弧炉负荷引起的电压波动，标有“＊”的值为其限值。参照ＧＢ／Ｔ１５６—２００７，本标准中系统标称电压ＵＮ等级划分如下：ＵＮ≤１ｋＶ为低压（ＬＶ）；１ｋＶ＜ＵＮ≤３５ｋＶ为中压（ＭＶ）；３５ｋＶ＜ＵＮ≤２２０ｋＶ为高压（ＨＶ）。对于２２０ｋＶ以上超高压（ＥＨＶ）系统的电压波动限值可参考高压（ＨＶ）系统执行。

电压波动限值

3电能质量评估分析

3.1BIM数字化核验法实现电气化铁路接触网的设计

完成对BIM层级应用模型的创建之后，接下来，需要采用BIM数字化核验法实现电气化铁路接触网的设计。首先，需要明确BIM数字化核验目标，并将对应的实施条件添加在应用模型之中，同时，在电气化铁路的建设期间，必须根据当前政府的相关政策要求，整理工程施工材料文件，并在合理的范围之内，运用BIM技术与循环数字移交的方式，将工程建设的数据上传至运维系统中。建立更为智能化、数字化、信息化的铁路接触网。除此之外，完善接触网设计，使其具备台账功能和履历维修管理功能。使其能够在建设铁路的过程中，对已经发生的电气化铁路接触网建设中的问题作出及时的处理与解决，对多层面各种不同类型的信息进行汇总，以此来建立高质量、高效率且实际应用效果较好的接触网检测和维修方式，有助于铁路设备运行中安全性的提升，为我国铁路设计以及建设提供技术参考，有助于推动我国交通运输规模的扩大，完善我国铁路的基本建设。

3.2排流设备工作原理

国外学者多年前曾利用固态半导体材料研制出固态去耦合器，2007年前后该方案被引入我国，并在新建长输管道中得到了广泛应用。固态去耦合器采用整流装置对交直流干扰进行电流泄放和电压限制，正常工作状态下既能够阻断直流，防止既有管道阴极保护电流的流失，又能释放交流电流，降低入地交流杂散电流对管道的影响。此外，该设备充分利用了压敏电阻型浪涌保护器快速响应的特性，并结合火花间隙型浪涌保护器的耐受电流大、残压低等特性，能有效避免直击雷电流和感应雷电流等强能量的干扰。

3.3接触网碰撞检查以及三维族库设计

在进行BIM技术在电气化铁路接触网中的设计前，需要对接触网相对应的碰撞检查以及三维族库进行设计。首先，可以先将电气化铁路建设中的各项数据通过BIM技术进行获取与汇总，完成相对应的整合，随后，依据上述的数据信息，创建初始的接触网运行检测模型。在初始的模型建设之中，要考虑可能发生的各种情况，并依据情况的发生范围，作出实际的碰撞检查，但是需要注意的是，在设计的过程中，必须要从协同一致的标准出发，对接触网设计中的各个细节进行仔细核对，大致可以划分为以下几部分：路基、支撑柱、隧道、屏障以及跟随接触网。而在检查的过程中，需要严格依据对应的标准来进行，避免出现较大的碰撞检查误差，完成之后，将所得出的结果形成检测报告，经过核对之后可以适当对其作出调整，以此来确保工程实施的稳定性。对于薄弱位置还需要重点检测，防止产生关联性的故障。在此基础之上，进行接触网三维族库的设计。利用BIM技术计算接触网的运维范围，并将相应的零部件以打包处理的形式导入三维族库之中，对接触网的腕臂进行计算，并实现可视化的层级装配，以接触网线路布置为基础，扩大三维族库的实际面积，并设立层级管理结构，再结合具体的功能与初始建模，添加必要的零件，完成碰撞检查之后，实现接触网三维族库的设计。

3.4测试方法

进行管道防护效果测试，以检验电气化防护工程设施的防护效果。测试项目主要包括管道交直流24h监测、排流设施检查、土壤电阻率测试、接地极接地电阻及接地极开路电位测试、铁路与防护对象位置关系调查等。主要项目测试方法如下：在管道与铁路交越或平行段上选择排流设施安装位置，利用杂散电流测试仪连续监测管道对地的交、直流电位，检验箝位式排流器电气化防护设施的防护效果。直流电位测试采用饱和硫酸铜参比电极，交流电位测试采用钢钎参比电极，双通道同时监测，测试周期为24h，采样速率为1次/s。核查对应的测试设备，使其处于稳定的运行状态，并确保不存在影响最终测试结果的外部因素，核查无误后，开始测试。利用接地电阻测试仪采用等距四极法测量并计算2m深的土壤电阻率，测试时4个钢钎电极应平行于管道布置。

结束语

在不考虑背景谐波的情况下，该牵引变接入系统后，注入的谐波电流、谐波电压，以及引起公共连接点的电压波动均在国标限值内。需要说明的是，由于电气化铁路投运后的实际情况可能与预测评估结果有所差别，建议在电气化铁路正常运行后，持续监测现场电能质量指标，及时采取有效治理措施，保障电力系统和铁路系统安全、可靠、高效运行。

参考文献

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