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(jī)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(shí)際情況,對(duì)電氣化鐵路所產(chǎn)生的諧波進(jìn)行了分析和計(jì)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(jī)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(jī)車負(fù)荷接入電網(wǎng),勢(shì)必對(duì)電網(wǎng)的供電質(zhì)量造成影響。電力機(jī)車是單相大功率整流負(fù)荷,其用電會(huì)產(chǎn)生大量的諧波與負(fù)序電流,由于電力機(jī)車沿鐵路移動(dòng)用電,如不能在電鐵牽引變電站得到及時(shí)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(yuǎn)比其他任何諧波源設(shè)備更為嚴(yán)重,更為廣泛。 因此,對(duì)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(jìn)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(jí)負(fù)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(dāng)任一路故障時(shí),另一路仍應(yīng)正常供電。 牽引變壓器單臺(tái)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(gè)頂點(diǎn)接地,另外兩個(gè)頂點(diǎn)引出兩條供電臂,分別向處在不同位置的電力機(jī)車供電。一般一條供電臂長(zhǎng)度在20 km左右,電力機(jī)車臺(tái)數(shù)為1~3臺(tái)。 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(jī)車、大地(鐵軌)組成回路。當(dāng)一個(gè)牽引站的供電臂與另一個(gè)牽引站的供電臂相匯時(shí),設(shè)立一個(gè)分區(qū)亭。分區(qū)亭由開關(guān)組成,正常時(shí)開關(guān)斷開,兩個(gè)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(dāng)一個(gè)牽引站失去電源時(shí),分區(qū)亭開關(guān)閉合,臨時(shí)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(jī)車作為整流負(fù)荷是電氣化鐵路諧波產(chǎn)生的根源。電力機(jī)車的類型對(duì)諧波水平具有決定性影響。包神鐵路機(jī)車采用交直型相控SS4型電力機(jī)車(即韶山-4型)。 2.1　電力機(jī)車的諧波特征 1)當(dāng)電力機(jī)車在牽引工作狀態(tài)時(shí),整流回路投入工作,就產(chǎn)生諧波;而電力機(jī)車在制動(dòng)狀態(tài)或靠慣性前進(jìn)的隋行狀態(tài)時(shí),整流回路切除,就不產(chǎn)生諧波。 2)電力機(jī)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(yùn)行方式而改變,而由電力機(jī)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(jī)車為諧波電流源。 3)電力機(jī)車采用點(diǎn)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(duì)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(dòng)數(shù)、即整流設(shè)備的脈動(dòng)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(píng)估中,一般只計(jì)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(jī)車支流回路平波電抗器的電感為有限值,整流電流脈動(dòng)系數(shù)達(dá)25%~30%,以及電力機(jī)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(shí)際試驗(yàn)確定。 5)比較各類型電力機(jī)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(jī)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