電氣化鐵路牽引變電站諧波分析及治理措施

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摘　要:電力機車已逐漸成為電網(wǎng)主要的大型諧波源之一。結(jié)合包神鐵路萬水泉南牽引變電站的實際情況,對電氣化鐵路所產(chǎn)生的諧波進行了分析和計算,并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的諧波治理措施。

關(guān)鍵詞:電氣化鐵路;諧波分析;電力機車  　 　近年來,內(nèi)蒙古自治區(qū)開始大范圍建設(shè)電氣化鐵路,隨著大量的電力機車負荷接入電網(wǎng),勢必對電網(wǎng)的供電質(zhì)量造成影響。電力機車是單相大功率整流負荷,其用電會產(chǎn)生大量的諧波與負序電流,由于電力機車沿鐵路移動用電,如不能在電鐵牽引變電站得到及時治理,將注入電力系統(tǒng),影響全網(wǎng),波及用戶,其產(chǎn)生的危害性遠比其他任何諧波源設(shè)備更為嚴重,更為廣泛。 因此,對電氣化鐵路牽引變電站諧波的分析和治理越來越受到電力企業(yè)和鐵路部門的重視。本文以包神鐵路萬水泉南牽引變電站為例,進行有關(guān)的諧波分析和治理措施研究。 1　包神鐵路萬水泉南牽引變電站概況 包神鐵路的牽引電網(wǎng)采用帶回流線的直接供電方式。由于電力牽引為一級負荷,萬水泉南牽引變電站由麻池117麻牽Ⅰ回、麻池118麻牽Ⅱ回兩路電源供電,當任一路故障時,另一路仍應(yīng)正常供電。 牽引變壓器單臺容量為25 000 kVA,采用三相V/V接線,固定備用方式;高壓側(cè)電壓為110kV,低壓側(cè)輸出額定電壓為27.5 kV,其高壓側(cè)接入電網(wǎng),低壓側(cè)一個頂點接地,另外兩個頂點引出兩條供電臂,分別向處在不同位置的電力機車供電。一般一條供電臂長度在20 km左右,電力機車臺數(shù)為1~3臺。 這種供電方式以大地和鐵軌作為回流線,由牽引變壓器、供電臂、電力機車、大地(鐵軌)組成回路。當一個牽引站的供電臂與另一個牽引站的供電臂相匯時,設(shè)立一個分區(qū)亭。分區(qū)亭由開關(guān)組成,正常時開關(guān)斷開,兩個供電臂各由相應(yīng)的牽引站供電,列車靠慣性通過分區(qū)亭。當一個牽引站失去電源時,分區(qū)亭開關(guān)閉合,臨時向停電的供電臂供電。 2　電氣化鐵路牽引變電站的諧波分析及危害 電力機車作為整流負荷是電氣化鐵路諧波產(chǎn)生的根源。電力機車的類型對諧波水平具有決定性影響。包神鐵路機車采用交直型相控SS4型電力機車(即韶山-4型)。 2.1　電力機車的諧波特征 1)當電力機車在牽引工作狀態(tài)時,整流回路投入工作,就產(chǎn)生諧波;而電力機車在制動狀態(tài)或靠慣性前進的隋行狀態(tài)時,整流回路切除,就不產(chǎn)生諧波。 2)電力機車的牽引力正比于取自電網(wǎng)、經(jīng)整流的直流電流,該電流不因電網(wǎng)外界條件和運行方式而改變,而由電力機車的非線性特性產(chǎn)生的諧波電流成分與基波電流具有一定的比例關(guān)系。因此,電力機車為諧波電流源。 3)電力機車采用點相全波不控或半控整流,交流側(cè)的電流波形與橫軸成鏡對稱。整流電路在整流規(guī)程中交流電壓每一周期內(nèi)直流側(cè)整流電壓的脈動數(shù)、即整流設(shè)備的脈動數(shù)p=2,故其產(chǎn)生的特征諧波次數(shù)h=2k±1,k=1,2,3,……。除h=1的基波外,特征諧波全部為奇次諧波。其中3次諧波電流含有率最高,且隨著諧波次數(shù)的增加,幅值迅速減少,至15次幾乎下降到1%。在諧波評估中,一般只計算3、5、7次諧波電流和相應(yīng)的諧波電壓畸變率和總諧波電壓畸變率。 4)由于電力機車支流回路平波電抗器的電感為有限值,整流電流脈動系數(shù)達25%~30%,以及電力機車變壓器存在漏感,其阻抗電壓為10.5%左右,故其產(chǎn)生的特征諧波電流含有率HRIh<1/h,一般需通過實際試驗確定。 5)比較各類型電力機車的整流、調(diào)壓方式和整流電壓波形。在相同的條件下,韶山-1型的電力機車電流較近于正弦波,產(chǎn)生的諧波相比較小;韶山-3型產(chǎn)生的諧波與韶山-1型相近但較大;韶山-4型產(chǎn)生的諧波較前兩型大,在控制過程中各次諧波電流含有率的變化較大。 2.2　電氣化鐵路諧波造成的危害