关于电压偏差的问题,目前高速铁路一般采用220 kV电源供电,电力系统短路容量大,牵引电流在电力系统内产生的电压降较小,电压偏差一般满足标准要求。普速铁路大都采用110 kV电源供电,由于牵引负荷较小,在电网发达地区电压偏差一般能满足标准要求。对于电网薄弱地区由于电力系统短路容量较小,电力系统电压降大,电压偏差可能超标较多。
总体来说,对于谐波问题,可采用交直交机车减少牵引负荷谐波含量,及采取无源及有源等谐波补偿技术;对于负序问题可在牵引变电所采取相序轮换接入电力系统的方式,牵引变电所供电的两个供电臂负荷尽可能设计均衡,采用负序指标较好的牵引变压器接线形式;对于电压偏差问题,可以提高负荷功率因数,减小无功,减小系统阻抗。
随着各种技术措施的采用和电力系统的联网,轨道交通电能质量问题得到了显著改善。
记者:钱院士您刚刚提到高速铁路的负序问题,我们也关注到高速铁路由于采用交 - 直 - 交型电力机车,相比于普通电气化铁路,其谐波含量已大大减小,但其负序问题仍比较严重,且可能因高速铁路牵引功率增大而变得更为突出。而对负序问题较为严重的高速铁路,一般接入220 kV电压等级电网以提高短路容量,但接入高电压等级同时也缩短了牵引负荷与电网中发电机组的电气距离,使注入临近发电机组的负序电流更有可能超标,请钱院士再谈一谈您如何看待高速铁路负序问题对电网电能质量的影响?针对这一问题目前如何解决?
钱院士:对于高铁的负序问题,在我刚刚的演讲中有提到,高速铁路牵引负荷比普速铁路大,但同时电力系统供电能力也不断增强,通常情况下能够满足高铁供电需求。远期随着牵引负荷的进一步增大,的确存在以负序为主的电能质量问题。此外,既有牵引供电系统还存在过分相引起的机电过程复杂,自动过分相结构复杂,动作频繁,寿命短,可靠性低;电分相造成的列车速度和牵引力损失等问题。为此,西南交通大学自1988年率先提出同相供电概念以来,经二十余年的系统研究,形成了同相供电系统理论体系和配套技术方案,为解决长期困扰电气化铁路的电分相和电能质量两大难题,奠定了基础。
同相供电系统是指为电力机车或动车组提供电能的各供电区间具有相同电压相位的牵引供电系统。西南交通大学自2007年起主持研究“十一五”国家科技支撑重大专项“电力电子关键器件及重大装备研制”课题:电气化铁路同相供电装置,完成的电气化铁路同相供电装置于2010年10月在成昆铁路眉山牵引变电所成功投入试运营,并于2011年7月17日高质量通过科技部组织的验收。此后,研究团队通过深化研究发现眉山方案存在局限性,提出了组合式同相供电方案,主要包括单三相组合式同相供电及单相组合式同相供电。