高鐵供電系統(tǒng)外部供電電源

第三節(jié)高鐵供電系統(tǒng)外部供電電源一、電力網(wǎng)二、電氣化鐵路供電要求與負(fù)荷特點(diǎn)1.高可靠性：兩路獨(dú)立電源，主變壓器一主一備運(yùn)行，非正常情況時(shí)可越區(qū)供電(但牽引變壓器負(fù)荷率普遍較低，一般不超過30%)2.大供電容量：HXD2型大功率電力機(jī)車10000KW，16輛編組。時(shí)速350km/h的動車組超過20000KW。6.諧波與負(fù)序主要術(shù)語：第h次諧波電壓(電流)含有率諧波電壓(電流)含量電壓(電流)總諧波奇變率三相電壓(負(fù)序)不平衡度三、我國鐵路與電力部門關(guān)于電鐵電能質(zhì)量問題的爭論1982年4月原水電部在石家莊組織召開了全國首次諧波學(xué)說交流會，會上把電氣化鐵道作為重要的諧波源，并提出要盡快制訂諧波標(biāo)準(zhǔn)。這次會議也引起了鐵道部的重視，鐵道部原科技局與基建總局以(82)科技標(biāo)字第73號文和(82)基字第92號文下達(dá)研究項(xiàng)目“電鐵高次諧波容許標(biāo)準(zhǔn)”的研究，成立了研究小組。1982年9月原水電部參照英國中央電力局諧波限制值導(dǎo)則G5/3組織編寫了《電力系統(tǒng)諧波管理的暫行規(guī)定》(征求意見稿)。1984年6月鐵道部研究小組遞交了《電鐵諧波允許值的建議與說明》，8月30日經(jīng)審核以(84)基電字168號文發(fā)至原水電部，反映了對《暫行規(guī)定》的不同意見。原水電部對此沒有答復(fù)，而是以(84)水電電生字第56號文正式頒布了《暫行規(guī)定》(SD126-84)，規(guī)定自1985年1月1日起執(zhí)行。1984年11月鐵道部以(84)基電字第216號文請?jiān)瓏覙?biāo)準(zhǔn)局組織審訂《電鐵諧波允許值的建議與說明》，該文指出“《暫行規(guī)定1986年4月11日原國家標(biāo)準(zhǔn)局的國際發(fā)(1986)081號文《關(guān)于發(fā)送“1986年制、修訂國家標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目計(jì)劃”的通知》中明確：“電力系統(tǒng)高次諧波分量”項(xiàng)目由水電部生產(chǎn)司和鐵道部基建總局為負(fù)責(zé)單位共同起草。根據(jù)081號文開展3項(xiàng)聯(lián)合工作：(1)1987年1月，鐵道部和原水電部聯(lián)合組團(tuán)赴英考察，并邀請?jiān)瓏覙?biāo)準(zhǔn)局派員參加；(2)1987年10月，組成了兩部聯(lián)合調(diào)查組，就山西、陜西兩省向電氣化鐵路供電的電網(wǎng)中的諧波、負(fù)序進(jìn)行了聯(lián)合調(diào)查，并得出諧波問題“需要兩部能力合作，從各方面采取措施以求得合理的解決”的一致意見；(3)1988年8月原能源部1991年原能源部諧波國標(biāo)起草小組拿出了《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》(征求意見稿)，這次的征求意見稿雖較《暫行規(guī)定》在諧波限制上有所放寬，但與鐵道部的要求仍有不小的差距，兩部在商談時(shí)未能取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。1992年3月10日，在國家技術(shù)監(jiān)督局標(biāo)準(zhǔn)化司主持下，召開了由原能源部電力司、科技司和鐵道部建設(shè)司、中國鐵路工程總公司等單位的有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及專家參加的諧波國標(biāo)協(xié)調(diào)會，經(jīng)充分討論和協(xié)商，形成了《﹤電能質(zhì)量電力系統(tǒng)高次諧波分量﹥國家標(biāo)準(zhǔn)起草協(xié)調(diào)會議紀(jì)要》，并于4月24日以國家技術(shù)監(jiān)督局標(biāo)發(fā)(1992)052號文下達(dá)，在1993年7月31日，國家技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn)并頒發(fā)了由原能源部電力司負(fù)責(zé)起草的《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》(GB/T14549-93)，規(guī)定自1994年3月1993年12月11日，大秦鐵路二期工程國家驗(yàn)收委員會在《驗(yàn)收證書》國家計(jì)委重點(diǎn)建設(shè)協(xié)調(diào)監(jiān)督司于1994年2月份指示鐵道部先提出一個(gè)兩部協(xié)議的建議稿，作為兩部進(jìn)一步協(xié)商的框架，國家技術(shù)監(jiān)督局表示同意。1994年5月4日，鐵道部建設(shè)司向國家計(jì)委重點(diǎn)建設(shè)協(xié)調(diào)監(jiān)督司行文，提出了簽訂兩部協(xié)議的實(shí)施意見，隨后組織鐵道部電氣化鐵道諧波標(biāo)準(zhǔn)起草小組，廣泛深入地開展了電鐵諧波的有關(guān)研究工作。1995年底，鐵道部電氣化鐵道諧波標(biāo)準(zhǔn)起草小組完成了《電力、鐵道兩部關(guān)于解決電氣化鐵路諧波規(guī)定的協(xié)議電力部門并未正式承認(rèn)《兩部協(xié)議》，每條電氣化鐵路的開通，鐵路與電力部門簽署供電協(xié)議成為老大難問題。成昆電氣化鐵路涉及西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，引起鐵道部高度重視。1997年1月，國家計(jì)委辦公廳以計(jì)辦建設(shè)(1997)9號文(特急)印發(fā)《關(guān)于電氣化鐵路諧波治理及京鄭、湘黔電氣化鐵路開通供電協(xié)調(diào)會議紀(jì)要的通知》，紀(jì)要明確3點(diǎn)：(1)關(guān)于諧波治理問題，會議確定由國家計(jì)委和國家技術(shù)監(jiān)督局牽頭，委托中國國際工程咨詢公司組織有關(guān)諧波方面的專家組成專家組，對電鐵諧波進(jìn)行測試、研究，電力部、鐵道部各選派4名專家技術(shù)人員參加，另外再選派幾位國內(nèi)有名望、具有較豐富知識和經(jīng)驗(yàn)的諧波專家參與這項(xiàng)工作；(2)專家組要在1997年6月底前提出電氣化鐵路諧波治理的意見和措施；(3)關(guān)于京鄭、湘黔電氣化鐵路開通問題，鑒于京鄭、湘黔電氣化鐵路是1996年投產(chǎn)項(xiàng)目，且鐵路工程的電鐵配套設(shè)施都已完成，只因諧波問題沒有簽訂協(xié)議，故可先供電(臨時(shí)供電)開通，待專家組得出結(jié)論后，再按專家組意見采取措施。2005年既有京滬線電氣化工程及隨后的客運(yùn)專線工程又引發(fā)了新一輪電鐵電能質(zhì)量問題的爭論。國網(wǎng)公司發(fā)文明確要求各省公司給電鐵供電只允許采用110KV級，鐵路部門極為被動。2006～2007年因京津城際鐵路外部電源問題，鐵道部盧副部長和耿志修副總工程師多次拜訪國網(wǎng)公司，不同層面進(jìn)行多次技術(shù)交流；鐵道部答應(yīng)在既有京滬線的安定、三界、南翔3個(gè)牽引變電所開展治理試點(diǎn)；2007年3月國家電網(wǎng)公司委托中國電科院牽頭負(fù)責(zé)“電鐵供電關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目。2007年3月根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會安排，由全國電壓電流等級和頻率標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會歸口負(fù)責(zé)修訂新一輪國家電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；2007年9月《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差》、《電能質(zhì)量供電電壓偏差》、《電能質(zhì)量電壓波動和閃變》、《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)拿出了送審稿。2008年武漢會議通過?！峨娔苜|(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》自2007年5月起動修訂以來，先后在北京、延邊、北京、西安召開4次專家組會議，2010年4月西安會議拿出的討論稿，爭議依舊。四、諧波及技術(shù)對策目前普遍采用的技術(shù)措施：車上安裝功率因數(shù)校正PFC裝置(晶閘管分組投切的并聯(lián)電容組)，兼濾3次或3、5次諧波；變電所安裝無功補(bǔ)償裝置(固定或分組投切的并聯(lián)電容器組)，兼濾3次諧波，通常12%調(diào)諧率。2006年開始諧波治理試點(diǎn)工作，帶3、5(及7)次濾波支路的SVC方案得到實(shí)施，如京滬線安定、三界牽引變電所具有電能質(zhì)量綜合治理效果的SVG技術(shù)也開始在電氣化鐵道進(jìn)行試驗(yàn)，如京滬線南翔、大秦線湖東牽引變電所。要從根本上解決電氣化鐵道問題將有賴于基于PWM調(diào)制技術(shù)的交—直—交傳動系統(tǒng)的電力牽引。目前我國的電力牽引技術(shù)正在更新?lián)Q代，引進(jìn)的4型200km/h上以速度的動車組全部采用交—直—交傳動；引進(jìn)的HXD系列8軸大功率貨運(yùn)電力機(jī)車全部采用交—直—交傳動；自主開發(fā)的6軸大功率貨運(yùn)電力機(jī)車全部采用交—直—交傳動；自主開發(fā)的350km/h的直通車組全部采用交—直—交傳動五、負(fù)序及技術(shù)對策1.從設(shè)計(jì)時(shí)就要選用強(qiáng)電源，保證足夠大的短路容量。2.在電源受限制的條件下，避免使用單相變壓器。3.相鄰的牽引變電所接入電力系統(tǒng)時(shí)，進(jìn)行相應(yīng)輪換。4.采用對稱補(bǔ)償裝置平衡負(fù)序(動態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)難度較大)。三相變兩相平衡變壓器在電氣化鐵道的大量應(yīng)用。在一次側(cè)施加三相對稱電壓時(shí)，只要二次側(cè)兩端口的負(fù)荷相等（幅值和功率因數(shù)均相等），則二次側(cè)兩相端口電壓保持幅值相等、相位相差90°，一次側(cè)三相電流對稱。）Scott接線變壓器：星形－延邊三角形接線變壓器2010年鐵道部與國網(wǎng)公司達(dá)成協(xié)議，鐵路部門盡快研發(fā)220kV平衡變壓器。2010年4月已確定采用北方交大提出的二次中抽式Scott接線方案。采用換相連接、平衡變壓器等技術(shù)措施，在宏觀上緩解牽引負(fù)荷造成的三相不平衡是有效的，但負(fù)荷的隨機(jī)波動性，也使得它們的效果是有限的。5.下圖是采用新型同相供電方式：6.交直交牽引變電所（發(fā)展方向之一）六、和諧共贏的解決思路電鐵電能質(zhì)量（特別是諧波）方面的長期爭議：電力部門：主張電氣化鐵道也要按諧波國標(biāo)考核管理。鐵路部門：電氣化鐵道負(fù)荷有其特殊性，達(dá)到目前國標(biāo)限制值有困難，而且投資很大，會造成不必要的浪費(fèi)。我國電氣化鐵道電能質(zhì)量問題是我國電力和鐵路基礎(chǔ)設(shè)施相對薄弱，在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，不同行業(yè)間協(xié)調(diào)不夠造成的。電能質(zhì)量問題涉及技術(shù)問題復(fù)雜，但本質(zhì)上是經(jīng)濟(jì)問題。諧波和負(fù)序的考核點(diǎn)為公共連接點(diǎn)B，供電電壓偏差考核點(diǎn)為供電點(diǎn)A。諧波和負(fù)序成問題的地方，供電電壓也往往不合格。影響電氣化鐵道電能質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)鍵參數(shù)是系統(tǒng)短路容量。一般認(rèn)為，系統(tǒng)短路容量為牽引變電所安裝容量的30～40倍