1、電氣技師論文范文下載：電氣化鐵路牽引變電站諧波分析及治理措施doc    電氣技師論文范文下載：電氣化鐵路牽引變電站諧波分析及治理措施doc    電氣技師論文范文下載：電氣化鐵路牽引變電站諧波分析及治理措施摘 要:電力機車已逐漸成為電網主要的大型諧波源之一。結合包神鐵路萬水泉南牽引變電站的實際情況,對電氣化鐵路所產生的諧波進 行了分析和計算,并在此基礎上提出了相應的諧波治理措施。 關鍵詞:電氣化鐵路;諧波分析;電力機車 關鍵詞 近年來,內蒙古自治區開始大范圍建設電氣化鐵路,隨著大量的 電力機車負荷接入電網,勢必對

2、電網的供電質量造成影響。電力機車 是單相大功率整流負荷,其用電會產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,影響全網,波及用戶,其產生的危害性遠比其他任何諧波 源設備更為嚴重,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 麻牽回、麻池 118 麻牽回兩路電源供電,

3、當任一路故障時,另一路仍應正常供電。 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;高壓側電壓為 110kV,低壓側輸出額定電壓為 27.5 kV,其高壓側 接入電網,低壓側一個頂點接地,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, 電力機車臺數為 13 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,設立一個分區亭。分區亭由開關組成,正常時開 關斷開,兩個供電臂各由相應的牽引站供電,列車靠慣性通

4、過分區亭。 當一個牽引站失去電源時,分區亭開關閉合,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時,整流回路投入工作,就產生諧波; 而電力機車在制動狀態或靠慣性前進的隋行狀態時,整流回路切除,就 不產生諧波。 2)電力機車的牽引力正比于取自電網、 經整流的直流電流,該電流 不因電網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 生的諧波電流成分與基波

5、電流具有一定的比例關系。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,交流側的電流波形與橫軸成鏡對稱。 整流電路在整流規程中交流電壓每一周期內直流側整 流電壓的脈動數、 即整流設備的脈動數 p=2,故其產生的特征諧波次數 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

6、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,產生的諧波相比 較小;韶山-3 型產生的諧波與韶山-1 型相近但較大;韶山-4 型產生的諧 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 電氣化鐵路諧波造成的危害主要體現在以下幾個方面。 1)并聯諧振:當諧波電流沿牽引站返送電網時,由于牽引電網對地 分布電容和回路電感的影響,可能構成

7、某次諧波的諧振回路,造成牽引 負荷諧波電流的諧振放大。 2)對牽引變壓器的危害:諧波電流流過牽引變壓器,會產生諧波電 壓降,高次諧波電流、 電壓會引起附加鐵損和銅損,使變壓器容量減小、效率降低。 3)高次諧波的危害也體現在會對發電機、電氣測量儀表以及繼電 保護裝置和自動控制裝置等產生負面影響。 3 電氣化鐵路牽引變電站的諧波計算3.1 公共接入點諧波電流的計算 利用 PSAF 諧波計算分析軟件、 根據基準短路電容的諧波電流允 許值,得到注入公共接入點麻池變壓器的各次諧波電流允許值及萬水 泉 南 牽 引 變 電 站 的 三 相 短 路 容 量 如 表 1 所 示 。在正常工況下(即牽引變壓器非滿

8、載情況),依據電力機車的頻譜, 可得到萬水泉南牽引變電站注入電網公共接入點的各次諧波電流見表 2 當牽引變壓器滿載時,并且假設均接入 A、B 相,則萬水泉南牽引變電 站注入電網公共接入點的各次諧波電流如表 3 所示。從表 2 和表 3 可以看到,無論牽引變壓器是否滿載,萬水泉南牽引 變電站注入電網公共接入點的 3 次諧波電流均已超過允許值。因此, 需要在此牽引變電站加裝濾波裝置,使濾波后注入電網內的 3、5、7 次諧波電流不超出電網公共接入點的允許值。 3.2 公共接入點諧波電壓畸變率的計算 利用 PSAF 諧波計算分析軟件,牽引變壓器滿載時,萬水泉南牽引 變電站注入電網公共接入點的諧波電壓畸

9、變率計算結果如表 4 所示。由表 4 可以看到,包神線萬水泉南牽引變電站的公共接入點的 諧波電壓畸變率為 1.88%,電壓畸變率已經超過限值 1.6%。 4 治理措施 在包神鐵路萬水泉南變電站中,利用靜止無功補償器(SVC)來治 理諧波并進行無功補償。SVC 由晶閘管相控電抗器(TCR)、濾波器 (FC)、遠程監控系統,工程相關附件組成。其中 TCR 由晶閘管閥組、全數字控制及保護系統、275 kV 相控電抗器、TCR 故障自診斷系 統組成;FC 回路由電容器和濾波電抗器組成,向系統提供恒定容性無 功功率,兼有濾除諧波的作用。晶閘管相控電抗器(TCR)型動態無功補 償技術是通過控制反并聯晶閘管

10、的導通角來無級調節與負荷并聯的 電抗器的電流,從而控制其感性無功的變化,它與固定電容補償器相結 合,達到實時自動補償無功的目的。補償效果的關鍵是準確控制晶閘 管的觸發角,得到所需的流過補償電抗器的電流。 在牽引供電系統中,電力機車為感性可變負荷,其有功功率為 Pv, 無功功率為 Qv。TCR 和 FC 并聯到 27.5 kV 電網中,根據恒無功功率 理論,FC 部分產生恒定的電容無功功率為 QC;TCR 部分產生連續可變 的 感 性 無 功 功 率 為 QTCR, 則 進 線 變 壓 器 提 供 的 無 功 功 率 Qn=Qv-QC+QTCR。 因此,調節 QTCR 就可以使 Qn 小于等于某

11、一給出 值(常數),甚至可使 Qn=0,即從理論上使功率因數達到 1。 根據牽引供電單相供電特殊性,采用單相補償,即 A、B 相母線各 安裝一套 TCR 型直掛式動態無功補償裝置,容量規格可相同或不同, 分別對 A、 兩條母線進行實時動態無功補償。 B 通過計算,需要在包神 鐵路萬水泉南牽引變電站加裝串聯 12%電抗器的濾波支路,濾波裝置 的主要濾波范圍為 3、5、7 次諧波電流,并兼顧濾除高次諧波。電容 器補償容量分別為 4、4.4 Mvar。 通過此裝置可以實現無功動態連續自動補償,并實現對 3、5、7 次等諧波的綜合治理,還可抑制電壓波動,改善電源質量,提高牽引供電能力。加裝動態無功補償

12、裝置后,諧波電流計算結果見表 5。從表 5 可以看到,在萬水泉南牽引變電站加裝一定無功補償容量后,諧 波電流均在允許值范圍內。 加裝濾波支路后的萬水泉南牽引變電站,注入電網公共接入點諧 波 電 壓 畸 變 率 的 具 體 計 算 結 果 見 表 6 。從表 6 可以看到,在萬水泉南牽引變電站加裝一定補償容量的濾 波支路后,電網公共接入點 110 kV 側的電壓畸變率為 1.12%,滿足國家 標準要求。另外,為降低電網公共接入點母線總諧波電壓畸變率,建議 選用產生諧波較小的電力機車,或增大濾波支路補償容量。 5 結語 1)電網諧波是目前受到廣泛關注的電能質量問題,電氣化鐵路是 主要諧波源之一,而且與電網諧波相比電氣化鐵路諧波更有自身的特 點。 對電氣化鐵路諧波進行充分的研究有助于了解電氣化鐵路諧波對電網的影響