电气技师论文范文下载：电气化铁路牵引变电站谐波分析及治理措施doc

1、电气技师论文范文下载：电气化铁路牵引变电站谐波分析及治理措施doc    电气技师论文范文下载：电气化铁路牵引变电站谐波分析及治理措施doc    电气技师论文范文下载：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 关键词 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

2、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 麻牵回、麻池 118 麻牵回两路电源供电,

3、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 13 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

4、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

5、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

6、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 HRIh<1/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

7、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

8、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满载,万水泉南牵引 变电站注入电网公共接入点的 3 次谐波电流均已超过允许值。因此, 需要在此牵引变电站加装滤波装置,使滤波后注入电网内的 3、5、7 次谐波电流不超出电网公共接入点的允许值。 3.2 公共接入点谐波电压畸变率的计算 利用 PSAF 谐波计算分析软件,牵引变压器满载时,万水泉南牵引 变电站注入电网公共接入点的谐波电压畸

9、变率计算结果如表 4 所示。由表 4 可以看到,包神线万水泉南牵引变电站的公共接入点的 谐波电压畸变率为 1.88%,电压畸变率已经超过限值 1.6%。 4 治理措施 在包神铁路万水泉南变电站中,利用静止无功补偿器(SVC)来治 理谐波并进行无功补偿。SVC 由晶闸管相控电抗器(TCR)、滤波器 (FC)、远程监控系统,工程相关附件组成。其中 TCR 由晶闸管阀组、全数字控制及保护系统、275 kV 相控电抗器、TCR 故障自诊断系 统组成;FC 回路由电容器和滤波电抗器组成,向系统提供恒定容性无 功功率,兼有滤除谐波的作用。晶闸管相控电抗器(TCR)型动态无功补 偿技术是通过控制反并联晶闸管

10、的导通角来无级调节与负荷并联的 电抗器的电流,从而控制其感性无功的变化,它与固定电容补偿器相结 合,达到实时自动补偿无功的目的。补偿效果的关键是准确控制晶闸 管的触发角,得到所需的流过补偿电抗器的电流。 在牵引供电系统中,电力机车为感性可变负荷,其有功功率为 Pv, 无功功率为 Qv。TCR 和 FC 并联到 27.5 kV 电网中,根据恒无功功率 理论,FC 部分产生恒定的电容无功功率为 QC;TCR 部分产生连续可变 的 感 性 无 功 功 率 为 QTCR, 则 进 线 变 压 器 提 供 的 无 功 功 率 Qn=Qv-QC+QTCR。 因此,调节 QTCR 就可以使 Qn 小于等于某

11、一给出 值(常数),甚至可使 Qn=0,即从理论上使功率因数达到 1。 根据牵引供电单相供电特殊性,采用单相补偿,即 A、B 相母线各 安装一套 TCR 型直挂式动态无功补偿装置,容量规格可相同或不同, 分别对 A、 两条母线进行实时动态无功补偿。 B 通过计算,需要在包神 铁路万水泉南牵引变电站加装串联 12%电抗器的滤波支路,滤波装置 的主要滤波范围为 3、5、7 次谐波电流,并兼顾滤除高次谐波。电容 器补偿容量分别为 4、4.4 Mvar。 通过此装置可以实现无功动态连续自动补偿,并实现对 3、5、7 次等谐波的综合治理,还可抑制电压波动,改善电源质量,提高牵引供电能力。加装动态无功补偿

12、装置后,谐波电流计算结果见表 5。从表 5 可以看到,在万水泉南牵引变电站加装一定无功补偿容量后,谐 波电流均在允许值范围内。 加装滤波支路后的万水泉南牵引变电站,注入电网公共接入点谐 波 电 压 畸 变 率 的 具 体 计 算 结 果 见 表 6 。从表 6 可以看到,在万水泉南牵引变电站加装一定补偿容量的滤 波支路后,电网公共接入点 110 kV 侧的电压畸变率为 1.12%,满足国家 标准要求。另外,为降低电网公共接入点母线总谐波电压畸变率,建议 选用产生谐波较小的电力机车,或增大滤波支路补偿容量。 5 结语 1)电网谐波是目前受到广泛关注的电能质量问题,电气化铁路是 主要谐波源之一,而且与电网谐波相比电气化铁路谐波更有自身的特 点。 对电气化铁路谐波进行充分的研究有助于了解电气化铁路谐波对电网的影响