电气化铁路牵引变电站谐波分析及治理措施201424485431244.docVIP

电气化铁路牵引变电站谐波分析及治理措施 摘　要:电力机车已逐渐成为电网主要的大型谐波源之一。结合包神铁路万水泉南牵引变电站的实际情况,对电气化铁路所产生的谐波进行了分析和计算,并在此基础上提出了相应的谐波治理措施。 关键词:电气化铁路;谐波分析;电力机车 　 　近年来,内蒙古自治区开始大范围建设电气化铁路,随着大量的电力机车负荷接入电网,势必对电网的供电质量造成影响。电力机车是单相大功率整流负荷,其用电会产生大量的谐波与负序电流,由于电力机车沿铁路移动用电,如不能在电铁牵引变电站得到及时治理,将注入电力系统,影响全网,波及用户,其产生的危害性远比其他任何谐波源设备更为严重,更为广泛。 因此,对电气化铁路牵引变电站谐波的分析和治理越来越受到电力企业和铁路部门的重视。本文以包神铁路万水泉南牵引变电站为例,进行有关的谐波分析和治理措施研究。 1　包神铁路万水泉南牵引变电站概况 包神铁路的牵引电网采用带回流线的直接供电方式。由于电力牵引为一级负荷,万水泉南牵引变电站由麻池117麻牵Ⅰ回、麻池118麻牵Ⅱ回两路电源供电,当任一路故障时,另一路仍应正常供电。 牵引变压器单台容量为25 000 kVA,采用三相V/V接线,固定备用方式;高压侧电压为110kV,低压侧输出额定电压为27.5 kV,其高压侧接入电网,低压侧一个顶点接地,另外两个顶点引出两条供电臂,分别向处在不同位置的电力机车供电。一般一条供电臂长度在20 km左右,电力机车台数为1~3台。 这种供电方式以大地和铁轨作为回流线,由牵引变压器、供电臂、电力机车、大地(铁轨)组成回路。当一个牵引站的供电臂与另一个牵引站的供电臂相汇时,设立一个分区亭。分区亭由开关组成,正常时开关断开,两个供电臂各由相应的牵引站供电,列车靠惯性通过分区亭。当一个牵引站失去电源时,分区亭开关闭合,临时向停电的供电臂供电。 2　电气化铁路牵引变电站的谐波分析及危害 电力机车作为整流负荷是电气化铁路谐波产生的根源。电力机车的类型对谐波水平具有决定性影响。包神铁路机车采用交直型相控SS4型电力机车(即韶山-4型)。 2.1　电力机车的谐波特征 1)当电力机车在牵引工作状态时,整流回路投入工作,就产生谐波;而电力机车在制动状态或靠惯性前进的隋行状态时,整流回路切除,就不产生谐波。 2)电力机车的牵引力正比于取自电网、经整流的直流电流,该电流不因电网外界条件和运行方式而改变,而由电力机车的非线性特性产生的谐波电流成分与基波电流具有一定的比例关系。因此,电力机车为谐波电流源。 3)电力机车采用点相全波不控或半控整流,交流侧的电流波形与横轴成镜对称。整流电路在整流规程中交流电压每一周期内直流侧整流电压的脉动数、即整流设备的脉动数p=2,故其产生的特征谐波次数h=2k±1,k=1,2,3,……。除h=1的基波外,特征谐波全部为奇次谐波。其中3次谐波电流含有率最高,且随着谐波次数的增加,幅值迅速减少,至15次几乎下降到1%。在谐波评估中,一般只计算3、5、7次谐波电流和相应的谐波电压畸变率和总谐波电压畸变率。 4)由于电力机车支流回路平波电抗器的电感为有限值,整流电流脉动系数达25%~30%,以及电力机车变压器存在漏感,其阻抗电压为10.5%左右,故其产生的特征谐波电流含有率HRIh1/h,一般需通过实际试验确定。 5)比较各类型电力机车的整流、调压方式和整流电压波形。在相同的条件下,韶山-1型的电力机车电流较近于正弦波,产生的谐波相比较小;韶山-3型产生的谐波与韶山-1型相近但较大;韶山-4型产生的谐波较前两型大,在控制过程中各次谐波电流含有率的变化较大。 2.2　电气化铁路谐波造成的危害 电气化铁路谐波造成的危害主要体现在以下几个方面。 1)并联谐振:当谐波电流沿牵引站返送电网时,由于牵引电网对地分布电容和回路电感的影响,可能构成某次谐波的谐振回路,造成牵引负荷谐波电流的谐振放大。 2)对牵引变压器的危害:谐波电流流过牵引变压器,会产生谐波电压降,高次谐波电流、电压会引起附加铁损和铜损,使变压器容量减小、效率降低。 3)高次谐波的危害也体现在会对发电机、电气测量仪表以及继电保护装置和自动控制装置等产生负面影响。 3　电气化铁路牵引变电站的谐波计算 3.1　公共接入点谐波电流的计算 利用PSAF谐波计算分析软件、根据基准短路电容的谐波电流允许值,得到注入公共接入点麻池变压器的各次谐波电流允许值及万水泉南牵引变电站的三相短路容量如表1所示。　　 在正常工况下(即牵引变压器非满载情况),依据电力机车的频谱,可得到万水泉南牵引变电站注入电网公共接入点的各次谐波电流见表2　　当牵引变压器满载时,并且假设均接入A、B相,则万水泉南牵引变电站注入电网公共接入点的各次谐波电流如表3所示。　　 从表2和表3可以看到,无论牵引变压器是否