05電氣化鐵路電能質(zhì)量實(shí)測(cè)分析

1、電氣化鐵路電能質(zhì)量電氣化鐵路電能質(zhì)量及其綜合控制技術(shù)及其綜合控制技術(shù)西南交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院5 電氣化鐵路電能質(zhì)量實(shí)測(cè)分析電氣化鐵路電能質(zhì)量實(shí)測(cè)分析v直接接入高壓系統(tǒng)直接接入高壓系統(tǒng)一般電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)接入一般電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)接入110kv電網(wǎng)電網(wǎng) 新建客運(yùn)專(zhuān)線均擬直接接入新建客運(yùn)專(zhuān)線均擬直接接入220kv電網(wǎng)電網(wǎng) v不對(duì)稱(chēng)性不對(duì)稱(chēng)性主要由牽引變壓器接線方式?jīng)Q定主要由牽引變壓器接線方式?jīng)Q定除純單相接線外，都是兩相（異相）供電除純單相接線外，都是兩相（異相）供電 v非線性非線性 交直型電力機(jī)車(chē)功率因數(shù)低、諧波含量大交直型電力機(jī)車(chē)功率因數(shù)低、諧波含量大高速客運(yùn)專(zhuān)線可能是交高速客運(yùn)專(zhuān)線

2、可能是交-直直-交機(jī)車(chē)與交交機(jī)車(chē)與交-直機(jī)車(chē)直機(jī)車(chē)混用局面，負(fù)序、無(wú)功和諧波仍然存在混用局面，負(fù)序、無(wú)功和諧波仍然存在 5.1 電力系統(tǒng)頻率偏差電力系統(tǒng)頻率偏差v影響系統(tǒng)頻率的主要因素是有功功率影響系統(tǒng)頻率的主要因素是有功功率僅當(dāng)所有發(fā)電機(jī)的僅當(dāng)所有發(fā)電機(jī)的總有功出力與總有功負(fù)荷總有功出力與總有功負(fù)荷（包括電網(wǎng)的所有損耗）相等（包括電網(wǎng)的所有損耗）相等時(shí)，系統(tǒng)頻率才時(shí)，系統(tǒng)頻率才能保持能保持不變不變。當(dāng)所有發(fā)電機(jī)的當(dāng)所有發(fā)電機(jī)的總有功出力與總負(fù)荷不平衡時(shí)總有功出力與總負(fù)荷不平衡時(shí)，各發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速及相應(yīng)的頻率就要發(fā)生各發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速及相應(yīng)的頻率就要發(fā)生變化變化。大型沖擊負(fù)荷因短時(shí)從近區(qū)發(fā)電機(jī)大

3、量吸收有大型沖擊負(fù)荷因短時(shí)從近區(qū)發(fā)電機(jī)大量吸收有功功率，會(huì)造成局部電網(wǎng)短時(shí)頻率波動(dòng)功功率，會(huì)造成局部電網(wǎng)短時(shí)頻率波動(dòng) 。gb/t15945電力系統(tǒng)頻率允許偏差電力系統(tǒng)頻率允許偏差 v基本條款基本條款電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為0.2hz。當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)，頻率偏差值可以放寬到當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)，頻率偏差值可以放寬到0.5hz。v制定依據(jù)制定依據(jù)保證電力系統(tǒng)，發(fā)電廠和用戶的安全和正常運(yùn)保證電力系統(tǒng)，發(fā)電廠和用戶的安全和正常運(yùn)行行相關(guān)國(guó)標(biāo)和規(guī)范的規(guī)定相關(guān)國(guó)標(biāo)和規(guī)范的規(guī)定相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（0.5hz 甚至甚至0.1hz ）各個(gè)電網(wǎng)的實(shí)際情況有所差別各個(gè)電網(wǎng)

4、的實(shí)際情況有所差別gb/t15945電力系統(tǒng)頻率偏差電力系統(tǒng)頻率偏差v附加條款附加條款沖擊負(fù)荷引起的系統(tǒng)頻率變動(dòng)一般不得超過(guò)沖擊負(fù)荷引起的系統(tǒng)頻率變動(dòng)一般不得超過(guò)0.2hz v測(cè)量?jī)x表測(cè)量?jī)x表頻率測(cè)量?jī)x表絕對(duì)誤差不大于頻率測(cè)量?jī)x表絕對(duì)誤差不大于0.01hz v電氣化鐵路牽引供電頻率基本能夠達(dá)到國(guó)標(biāo)規(guī)定電氣化鐵路牽引供電頻率基本能夠達(dá)到國(guó)標(biāo)規(guī)定。電網(wǎng)頻率實(shí)測(cè)案例：電網(wǎng)頻率實(shí)測(cè)案例：圖為成圖為成(都都)-達(dá)達(dá)(州州)鐵路大英牽引變鐵路大英牽引變電所電所110kv電網(wǎng)頻率實(shí)測(cè)結(jié)果，其偏差遠(yuǎn)小于電網(wǎng)頻率實(shí)測(cè)結(jié)果，其偏差遠(yuǎn)小于 0.2hz0.2hz，表明主網(wǎng)有功功率比較充足。表明主網(wǎng)有功功率比較充足。

5、但在但在弱小電網(wǎng)弱小電網(wǎng)，負(fù)荷較小的變動(dòng)都可能導(dǎo)致電網(wǎng)頻率較，負(fù)荷較小的變動(dòng)都可能導(dǎo)致電網(wǎng)頻率較大波動(dòng)大波動(dòng),下圖是青藏線安多下圖是青藏線安多35kv配電所的頻率測(cè)試情況。配電所的頻率測(cè)試情況。當(dāng)雄安多當(dāng)雄安多297km鐵路專(zhuān)用輸電線路退出時(shí)鐵路專(zhuān)用輸電線路退出時(shí),那曲安多那曲安多各個(gè)各個(gè)35kv鐵路配電所由查龍水電站（裝機(jī)容量鐵路配電所由查龍水電站（裝機(jī)容量8000 kw）供電。從安多供電。從安多35kv配電所頻率測(cè)試結(jié)果可以看出，在這配電所頻率測(cè)試結(jié)果可以看出，在這一過(guò)程中，電網(wǎng)頻率出現(xiàn)一過(guò)程中，電網(wǎng)頻率出現(xiàn)12分鐘的較大波動(dòng)。分鐘的較大波動(dòng)。5.2 供電電壓偏差供電電壓偏差vgb/t12

6、325-2008供電電壓偏差供電電壓偏差基本條款基本條款35kv及以上供電電壓正、負(fù)偏差的絕對(duì)值之和及以上供電電壓正、負(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過(guò)標(biāo)稱(chēng)電壓的不超過(guò)標(biāo)稱(chēng)電壓的10%。如供電電壓上下偏差。如供電電壓上下偏差同號(hào)時(shí)，按較大的偏差絕對(duì)值為衡量依據(jù)。同號(hào)時(shí)，按較大的偏差絕對(duì)值為衡量依據(jù)。20kv及以下三相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱(chēng)電壓及以下三相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱(chēng)電壓的的7。 220v單相用戶的供電電壓允許偏差為標(biāo)稱(chēng)電壓?jiǎn)蜗嘤脩舻墓╇婋妷涸试S偏差為標(biāo)稱(chēng)電壓的的+7%、-10%。 計(jì)算電壓偏差計(jì)算電壓偏差式中，式中，sk為負(fù)荷端口的系統(tǒng)三相短路容量，為負(fù)荷端口的系統(tǒng)三相短路容量，mva；st為負(fù)

7、荷三相變壓器容量，為負(fù)荷三相變壓器容量，kva； 負(fù)荷功率因數(shù)角負(fù)荷功率因數(shù)角。(%)10sin100ktnssuuu 上式表明，可以通過(guò)以下兩條途徑，上式表明，可以通過(guò)以下兩條途徑，來(lái)保證供電電壓偏差滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求：來(lái)保證供電電壓偏差滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求：（1）電網(wǎng)中傳輸?shù)模╇娋W(wǎng)中傳輸?shù)臒o(wú)功功率盡可能小無(wú)功功率盡可能小；（2）負(fù)荷端口的系統(tǒng)）負(fù)荷端口的系統(tǒng)三相短路容量盡可三相短路容量盡可能地大能地大。 由此可見(jiàn)，維持良好的供電電壓水平，由此可見(jiàn)，維持良好的供電電壓水平，取決于取決于供電部門(mén)和電力用戶雙方供電部門(mén)和電力用戶雙方的共同努的共同努力。力。 我國(guó)邊遠(yuǎn)地區(qū)電氣化鐵路目前面臨的問(wèn)題我國(guó)邊遠(yuǎn)

8、地區(qū)電氣化鐵路目前面臨的問(wèn)題是電網(wǎng)短路容量偏小，供電能力較弱。是電網(wǎng)短路容量偏小，供電能力較弱。 電網(wǎng)短路容量偏小意味著系統(tǒng)發(fā)電容量偏電網(wǎng)短路容量偏小意味著系統(tǒng)發(fā)電容量偏小或電源距負(fù)荷中心偏遠(yuǎn)。小或電源距負(fù)荷中心偏遠(yuǎn)。 國(guó)外專(zhuān)家通常認(rèn)為，電網(wǎng)公共連接點(diǎn)短路國(guó)外專(zhuān)家通常認(rèn)為，電網(wǎng)公共連接點(diǎn)短路容量不足用戶容量的容量不足用戶容量的3030倍時(shí)，可以視其為小倍時(shí)，可以視其為小電網(wǎng)，小電網(wǎng)常見(jiàn)的電能質(zhì)量問(wèn)題之一就是電網(wǎng)，小電網(wǎng)常見(jiàn)的電能質(zhì)量問(wèn)題之一就是供電電壓偏差較大。供電電壓偏差較大。 在弱小電網(wǎng)中，牽引負(fù)荷可能引起電網(wǎng)電在弱小電網(wǎng)中，牽引負(fù)荷可能引起電網(wǎng)電壓較大的偏差和波動(dòng)。壓較大的偏差和波動(dòng)。圖

9、為內(nèi)昆鐵路鹽津牽圖為內(nèi)昆鐵路鹽津牽引變電所的測(cè)試情況，引變電所的測(cè)試情況，上圖為上圖為110kv母線母線a相電相電壓，下圖為壓，下圖為a相電流。相電流。向該所供電的云南昭通向該所供電的云南昭通電網(wǎng)較為薄弱，造成空電網(wǎng)較為薄弱，造成空載時(shí)變電所載時(shí)變電所110kv母線電母線電壓偏高，負(fù)荷時(shí)偏低。壓偏高，負(fù)荷時(shí)偏低。牽引變電所名稱(chēng)田林平林系統(tǒng)最小短路容量（mva）195.64211.8 110kv母線空載電壓uab(kv)120.74121.87110kv母線負(fù)荷下最低電壓uab(kv)93.6296.889正負(fù)偏差的絕對(duì)值之和(%)24.6522.7127.5kv母線空載電壓ua(kv)29.9

10、329.75供電臂最低電壓（標(biāo)準(zhǔn)值27.5）（kv）18.7319.46接觸網(wǎng)末端電壓(kv)16.7618.077南昆線牽引測(cè)試數(shù)據(jù)（時(shí)間：南昆線牽引測(cè)試數(shù)據(jù)（時(shí)間：2002.6.42002.6.46 6）對(duì)于更弱小的電網(wǎng)，情況更是如此，運(yùn)行中，系統(tǒng)較對(duì)于更弱小的電網(wǎng)，情況更是如此，運(yùn)行中，系統(tǒng)較小的變動(dòng)都可能導(dǎo)致網(wǎng)壓較大波動(dòng)，下圖是青藏線安小的變動(dòng)都可能導(dǎo)致網(wǎng)壓較大波動(dòng)，下圖是青藏線安多多35kv配電所的電壓測(cè)試情況。配電所的電壓測(cè)試情況。在當(dāng)雄安多鐵路專(zhuān)用輸電線路退出時(shí)，在當(dāng)雄安多鐵路專(zhuān)用輸電線路退出時(shí)，35kv鐵路配鐵路配電所均由查龍水電站（裝機(jī)容量電所均由查龍水電站（裝機(jī)容量8000

11、 kw）供電，此）供電，此時(shí)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)較大波動(dòng)。時(shí)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)較大波動(dòng)。改善電壓水平的措施改善電壓水平的措施為保證電網(wǎng)具有良好的電壓水平，電網(wǎng)為保證電網(wǎng)具有良好的電壓水平，電網(wǎng)公司除進(jìn)行全局無(wú)功優(yōu)化調(diào)整外，還要公司除進(jìn)行全局無(wú)功優(yōu)化調(diào)整外，還要求大宗電力用戶對(duì)無(wú)功做到求大宗電力用戶對(duì)無(wú)功做到“就地補(bǔ)就地補(bǔ)償償”，使用戶月平均功率因數(shù)達(dá)到，使用戶月平均功率因數(shù)達(dá)到0.90以上，并對(duì)用戶實(shí)行獎(jiǎng)懲制度。以上，并對(duì)用戶實(shí)行獎(jiǎng)懲制度。提高牽引變電所功率因數(shù)的主要方法是提高牽引變電所功率因數(shù)的主要方法是在在27.5kv側(cè)側(cè)設(shè)置并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置設(shè)置并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置。目。目前我國(guó)鐵道電氣化鐵路較多采用固定補(bǔ)

12、前我國(guó)鐵道電氣化鐵路較多采用固定補(bǔ)償方式。償方式。電氣化鐵路測(cè)量實(shí)例電氣化鐵路測(cè)量實(shí)例v圖圖5-2 某牽引變電所三相相電壓曲線某牽引變電所三相相電壓曲線某牽引變電所某牽引變電所110kv電壓偏差計(jì)算結(jié)果電壓偏差計(jì)算結(jié)果相別相別abc平均值（平均值（kv）67.988167.045867.7973最大值（最大值（kv）69.419868.993369.1917最小值（最小值（kv）65.109664.437566.0045偏差范圍（偏差范圍（%）+9.31+2.52+8.64+1.46+8.95+3.93國(guó)標(biāo)合格概率（國(guó)標(biāo)合格概率（%）1001001005.3 三相電壓不平衡三相電壓不平衡 vg

13、b/t15543-2008 三相電壓不平衡三相電壓不平衡主要由不平衡負(fù)荷引起，因此標(biāo)準(zhǔn)的衡量點(diǎn)選在電網(wǎng)主要由不平衡負(fù)荷引起，因此標(biāo)準(zhǔn)的衡量點(diǎn)選在電網(wǎng)的的公共連接點(diǎn)（公共連接點(diǎn)（pcc），），以便在保證其他用戶正常用以便在保證其他用戶正常用電的基礎(chǔ)上，給干擾源用戶以最大的限值。電的基礎(chǔ)上，給干擾源用戶以最大的限值。 v主要條款主要條款電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)正常電壓不平衡度限值為電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)正常電壓不平衡度限值為2%，短短時(shí)不得超過(guò)時(shí)不得超過(guò)4%。低壓系統(tǒng)零序電壓限值暫不作規(guī)定，但是各相電壓必低壓系統(tǒng)零序電壓限值暫不作規(guī)定，但是各相電壓必須滿足須滿足gb/t12325的要求的要求。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)標(biāo)準(zhǔn)

14、規(guī)定對(duì)每個(gè)用戶每個(gè)用戶電壓不平衡的一般限值為電壓不平衡的一般限值為1.3%，短時(shí)不超過(guò)短時(shí)不超過(guò)2.6%。根據(jù)公共連接點(diǎn)的負(fù)荷狀況以及臨。根據(jù)公共連接點(diǎn)的負(fù)荷狀況以及臨近發(fā)電機(jī)、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置安全運(yùn)行要求，該允近發(fā)電機(jī)、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置安全運(yùn)行要求，該允許值可作適當(dāng)變動(dòng)，但是必須滿足上述規(guī)定。許值可作適當(dāng)變動(dòng)，但是必須滿足上述規(guī)定。 gb/t15543-2008三相電壓不平衡三相電壓不平衡v由電壓不平衡度換算為負(fù)序電流值，標(biāo)準(zhǔn)中推薦由電壓不平衡度換算為負(fù)序電流值，標(biāo)準(zhǔn)中推薦的近似公式的近似公式 v式中：式中：i2負(fù)荷電流的負(fù)序分量負(fù)荷電流的負(fù)序分量/a；u線電壓線電壓/kv；ssc公共連

15、接點(diǎn)的短路容量公共連接點(diǎn)的短路容量/mva。(%)103sc2suiu電氣化鐵道測(cè)量實(shí)例電氣化鐵道測(cè)量實(shí)例 圖圖 某牽引變電所三相相電壓曲線某牽引變電所三相相電壓曲線 電氣化鐵道測(cè)量實(shí)例電氣化鐵道測(cè)量實(shí)例圖圖 某牽引變電所電壓不平衡度曲線某牽引變電所電壓不平衡度曲線v該牽引變電所三相電壓不平衡度該牽引變電所三相電壓不平衡度95%概率大值為概率大值為1.72%，沒(méi)有超過(guò)國(guó)標(biāo)規(guī)定的，沒(méi)有超過(guò)國(guó)標(biāo)規(guī)定的2%的限值。的限值。 測(cè)試實(shí)例：測(cè)試實(shí)例：測(cè)試期間，洛陽(yáng)東牽引變電所110kv電壓不平衡度最大值為 2.33%，95% 概率值為1.30%，符合國(guó)標(biāo)要求, 說(shuō)明河南電網(wǎng)比較強(qiáng)大。 瀘沽牽引變電所瀘沽牽

16、引變電所110kv母線母線最小短路容量為最小短路容量為600mva左右左右。盡管該所負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于洛陽(yáng)東牽。盡管該所負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于洛陽(yáng)東牽引變電所，但從測(cè)試結(jié)果看，引變電所，但從測(cè)試結(jié)果看，該所該所110kv母線母線三三相電壓不平衡度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于洛東變電所相電壓不平衡度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于洛東變電所。另一案例，成昆鐵路另一案例，成昆鐵路瀘沽牽引變電所，裝接瀘沽牽引變電所，裝接容量為容量為2 20mva，日通，日通過(guò)能力為過(guò)能力為22對(duì)車(chē)天。對(duì)車(chē)天。西昌電網(wǎng)為小電網(wǎng)，西西昌電網(wǎng)為小電網(wǎng)，西昌昌220kv變電所供電設(shè)備變電所供電設(shè)備容量容量180mva；110kv公公共連接點(diǎn)最小短路容量共連接點(diǎn)最小短路容量為為613

17、mva；5.4 公用電網(wǎng)諧波公用電網(wǎng)諧波 v國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)iec61000-3-6g5/4（g5/3）ieee std519-1992（ieee std519-1982）v國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb/t14549-1993gb/z17625.4-2000gb/t14549-1993 公用電網(wǎng)諧波公用電網(wǎng)諧波限限值值電網(wǎng)標(biāo)稱(chēng)電壓/kv電壓總諧波畸變率/%各次諧波電壓含有率/%奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.510353.02.41.2661102.01.60.8iec61000-3-6 v提出了決定大型畸變負(fù)荷（產(chǎn)生諧波和提出了決定大型畸變負(fù)荷（產(chǎn)生諧波和/或諧間波）或諧間波）接

18、入公用電力系統(tǒng)所依據(jù)的一些接入公用電力系統(tǒng)所依據(jù)的一些基本原則基本原則v目的目的在于為工程實(shí)踐提供指導(dǎo)在于為工程實(shí)踐提供指導(dǎo)v保證對(duì)所有接入系統(tǒng)的用戶都有保證對(duì)所有接入系統(tǒng)的用戶都有合適的供電質(zhì)量合適的供電質(zhì)量v兼容水平兼容水平是用來(lái)協(xié)調(diào)供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或由供電網(wǎng)絡(luò)是用來(lái)協(xié)調(diào)供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或由供電網(wǎng)絡(luò)供電的設(shè)備發(fā)射和抗擾度的參考值，以保證整個(gè)供電的設(shè)備發(fā)射和抗擾度的參考值，以保證整個(gè)系統(tǒng)（包括網(wǎng)絡(luò)及所連設(shè)備）的電磁兼容性。系統(tǒng)（包括網(wǎng)絡(luò)及所連設(shè)備）的電磁兼容性。v規(guī)劃水平規(guī)劃水平是在規(guī)劃時(shí)評(píng)估所有用戶負(fù)荷對(duì)供電系是在規(guī)劃時(shí)評(píng)估所有用戶負(fù)荷對(duì)供電系統(tǒng)的影響所用水平。統(tǒng)的影響所用水平。v發(fā)射水平發(fā)射水平

19、是針對(duì)用戶的。是針對(duì)用戶的。表表5-5 中壓（中壓（mv）、高壓（）、高壓（hv）和超）和超高壓（高壓（ehv）系統(tǒng)中諧波電壓規(guī)劃水平）系統(tǒng)中諧波電壓規(guī)劃水平 奇次諧波（非3倍數(shù)）奇次諧波（3倍數(shù)）偶次諧波諧波次數(shù)諧波電壓/諧波次數(shù)諧波電壓/諧波次數(shù)諧波電壓/mvhv-ehvmvhv-ehvmvhv-ehv55234221.61.574291.214111131.5150.30.360.50.5132.51.5210.20.280.40.4171.61210.20.2100.40.4191.21-120.20.2231.20.7-120.20.2251.20.7-250.20.5(25/h)0

20、.20.5(25/h)- 規(guī)劃水平分配方法v由于由于用戶協(xié)議容量用戶協(xié)議容量通常是與其承擔(dān)的電力系統(tǒng)通常是與其承擔(dān)的電力系統(tǒng)投資份投資份額額相一致，所以根據(jù)用戶協(xié)議容量相一致，所以根據(jù)用戶協(xié)議容量si和用戶接入系統(tǒng)和用戶接入系統(tǒng)的公共連接點(diǎn)處修正的網(wǎng)絡(luò)總可用功率的公共連接點(diǎn)處修正的網(wǎng)絡(luò)總可用功率st之比分配發(fā)之比分配發(fā)送限值是合理的。送限值是合理的。v用戶發(fā)送諧波電壓的允許值為用戶發(fā)送諧波電壓的允許值為： （3 3）v考慮高壓系統(tǒng)負(fù)荷之間的同時(shí)系數(shù)考慮高壓系統(tǒng)負(fù)荷之間的同時(shí)系數(shù)f fhvhv的影響，用戶發(fā)的影響，用戶發(fā)送諧波電壓的允許值為：送諧波電壓的允許值為： （4 4） thvusslei

21、hhihvthvu1fssleihhiv使用差異系數(shù)使用差異系數(shù)k hj的簡(jiǎn)單線性法則的簡(jiǎn)單線性法則 ：v式中式中 u h0 為電網(wǎng)中為電網(wǎng)中h次背景諧波電壓次背景諧波電壓 u hj 為第為第j個(gè)負(fù)荷產(chǎn)生的個(gè)負(fù)荷產(chǎn)生的h次諧波電壓次諧波電壓v差異系數(shù)差異系數(shù)k hj由以下條件決定：相關(guān)設(shè)備類(lèi)型、由以下條件決定：相關(guān)設(shè)備類(lèi)型、諧波次數(shù)和相關(guān)設(shè)備額定容量于公共連接點(diǎn)短諧波次數(shù)和相關(guān)設(shè)備額定容量于公共連接點(diǎn)短路容量之比。路容量之比。 第一種疊加法則 jhjhjhhukuu0 第二種疊加法則v第二種疊加法則指數(shù)第二種疊加法則指數(shù)ihihuu諧波次數(shù)h102注：已知各次諧波大體同相位時(shí)（即相角差90），

22、那么對(duì)于5次及以上的諧波取 1(2) 疊加法則系數(shù)的有效性v根據(jù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算結(jié)果假設(shè)根據(jù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算結(jié)果假設(shè)uh 和和uhi均大于均大于1 。v取取n個(gè)牽引變電所的個(gè)牽引變電所的27.5kv側(cè)諧波電流數(shù)據(jù)，近側(cè)諧波電流數(shù)據(jù)，近似看成是完全由電力機(jī)車(chē)發(fā)送，作為諧波源。通似看成是完全由電力機(jī)車(chē)發(fā)送，作為諧波源。通過(guò)系統(tǒng)諧波模型計(jì)算得到單個(gè)諧波源在過(guò)系統(tǒng)諧波模型計(jì)算得到單個(gè)諧波源在110kv側(cè)側(cè)引起的諧波電壓。將引起的諧波電壓。將n個(gè)諧波電壓疊加就得到在個(gè)諧波電壓疊加就得到在110kv側(cè)實(shí)際諧波合成電壓。通過(guò)該諧波合成電側(cè)實(shí)際諧波合成電壓。通過(guò)該諧波合成電壓和單個(gè)諧波電壓即可計(jì)算疊加法則系數(shù)。壓和單個(gè)諧

23、波電壓即可計(jì)算疊加法則系數(shù)。 疊加法則系數(shù)幾種取值情況 v情況一：若滿足：若滿足maxuhi,i=1,2,n uh，則，則滿足滿足0 0 時(shí)式（時(shí)式（2 2）成立，表示諧波電壓疊加后增大。）成立，表示諧波電壓疊加后增大。v情況二：若滿足：若滿足uhminuhi ,i=1,2,n，則，則滿足滿足 00時(shí)式（時(shí)式（2 2）成立，表示諧波電壓疊加后相互抵消，合成分）成立，表示諧波電壓疊加后相互抵消，合成分量減小。量減小。v情況三：若滿足：若滿足minuhi ,i=1,2,nuhmaxuhi ,i=1,2,n，則，則 為為無(wú)窮大時(shí)式（無(wú)窮大時(shí)式（2 2）成立，表示諧波電壓疊加后與各分量相）成立，表示諧

24、波電壓疊加后與各分量相差不大。從工程應(yīng)用角度說(shuō)本情況是無(wú)解的。差不大。從工程應(yīng)用角度說(shuō)本情況是無(wú)解的。 三種情況概率 諧波次數(shù)情況一情況二情況三20.010.000.9930.390.050.5640.040.010.9550.440.060.5060.050.010.9470.460.060.4880.110.020.8790.470.050.48100.170.020.81110.520.050.43120.230.040.73130.530.060.41140.300.040.66150.520.050.43160.400.060.54170.540.050.41180.440.060.

25、50190.550.060.39200.450.060.49 統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析v奇次諧波與偶次諧波疊加規(guī)律不同。奇次諧波與偶次諧波疊加規(guī)律不同。v情況二和情況三的概率較高，而指導(dǎo)性文件中疊加法則系情況二和情況三的概率較高，而指導(dǎo)性文件中疊加法則系數(shù)未充分考慮這兩種情況。數(shù)未充分考慮這兩種情況。v牽引變壓器的接線方式是影響牽引變壓器的接線方式是影響電氣化鐵道電氣化鐵道諧波電壓相位分諧波電壓相位分布的一個(gè)因素。另外，英國(guó)工程推薦標(biāo)準(zhǔn)布的一個(gè)因素。另外，英國(guó)工程推薦標(biāo)準(zhǔn)g.5/3-1976g.5/3-1976中提中提到：應(yīng)該注意變換變壓器連接使用戶設(shè)備電流之間產(chǎn)生相到：應(yīng)該注意變換變壓器連接使用戶設(shè)備電

26、流之間產(chǎn)生相位輪換，而且在含有非線性負(fù)荷新用戶或既有用戶增加的位輪換，而且在含有非線性負(fù)荷新用戶或既有用戶增加的非線性負(fù)荷被允許接入電網(wǎng)前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。非線性負(fù)荷被允許接入電網(wǎng)前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。 實(shí)際疊加指數(shù)計(jì)算 v諧波源個(gè)數(shù)對(duì)疊加指數(shù)計(jì)算的影響。諧波源個(gè)數(shù)對(duì)疊加指數(shù)計(jì)算的影響。v牽引變壓器接線方式對(duì)牽引變壓器接線方式對(duì)110kv側(cè)諧波電壓側(cè)諧波電壓的幅值和相位的影響。的幅值和相位的影響。v牽引變壓器相位輪換對(duì)牽引變壓器相位輪換對(duì)110kv側(cè)諧波電壓側(cè)諧波電壓的幅值和相位的影響。的幅值和相位的影響。 計(jì)算結(jié)果諧波次數(shù)同種接線情況不同接線情況情況一情況二概率情況三概率情況一情況二概率情況三概率

27、概率平均值概率平均值20.011.800.000.990.012.070.000.9930.381.670.060.570.441.550.040.5240.031.980.010.960.051.880.010.9550.431.610.060.500.491.510.050.4660.051.790.010.940.061.800.010.9370.461.560.060.480.481.550.050.4780.111.720.020.880.121.730.020.8690.471.490.060.470.481.490.060.47100.161.680.030.810.181.71

28、0.030.79110.521.490.060.420.521.510.060.43120.221.670.040.740.251.710.040.72130.531.490.060.410.521.500.060.41140.291.600.040.670.311.640.040.65150.521.450.060.430.511.460.060.43160.391.590.060.550.411.630.060.53170.541.440.060.400.531.430.060.41180.431.540.060.510.441.590.060.50190.551.440.060.390.

29、541.510.070.39200.451.500.050.500.471.570.060.47新疊加指數(shù)驗(yàn)證 諧波次數(shù)相同接線情況不同接線情況奇次偶次奇次偶次h77h19h20h77h19h202.02.02.01.82.02.0疊加指數(shù)三種情況電壓畸變率比較 牽引變電所個(gè)數(shù)采用iec疊加指數(shù)實(shí)際疊加結(jié)果采用表3疊加指數(shù)a相b相c相平均a相b相c相平均a相b相c相平均相同接線20.760.740.750.750.660.650.660.660.690.670.680.6831.131.191.191.170.980.991.000.991.041.061.061.0541.391.321.3

30、71.361.091.091.131.101.181.161.211.1851.771.751.761.761.191.201.211.201.311.301.311.3161.951.971.991.971.241.271.261.261.381.401.401.39不同接線20.740.790.720.750.710.700.650.690.680.720.670.6931.171.051.331.181.010.901.131.011.000.901.050.9841.411.371.651.481.041.101.191.111.141.091.331.1951.691.621.811

31、.711.151.151.241.181.261.251.401.3061.941.891.991.941.231.221.271.241.401.361.451.40 計(jì)算結(jié)果分析v采用采用iec疊加指數(shù)計(jì)算的電壓畸變率比實(shí)際疊疊加指數(shù)計(jì)算的電壓畸變率比實(shí)際疊加結(jié)果偏大，偏大的程度隨著牽引變電所個(gè)數(shù)加結(jié)果偏大，偏大的程度隨著牽引變電所個(gè)數(shù)的增大而增大。的增大而增大。 v采用新疊加指數(shù)所計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際疊加結(jié)果采用新疊加指數(shù)所計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際疊加結(jié)果比較接近，誤差比采用比較接近，誤差比采用iec疊加指數(shù)小得多。疊加指數(shù)小得多。v基于研究數(shù)據(jù)牽引負(fù)荷疊加指數(shù)建議取為基于研究數(shù)據(jù)牽引負(fù)荷疊加指數(shù)建

32、議取為2.02.0。 同時(shí)系數(shù)同時(shí)系數(shù)fml計(jì)算方法計(jì)算方法 fhv估算方法 v電磁兼容技術(shù)文件中對(duì)于電磁兼容技術(shù)文件中對(duì)于fhv并未給出詳細(xì)的并未給出詳細(xì)的估算方法，但給出了中壓系統(tǒng)負(fù)荷與低壓系統(tǒng)估算方法，但給出了中壓系統(tǒng)負(fù)荷與低壓系統(tǒng)負(fù)荷同時(shí)系數(shù)負(fù)荷同時(shí)系數(shù)fml的估算方法。因此的估算方法。因此fhv的估算的估算方法可以參照方法可以參照f(shuō)ml的估算方法進(jìn)行。的估算方法進(jìn)行。 （5） 式中：式中：shvi高壓負(fù)荷高壓負(fù)荷si峰值時(shí)刻除高壓負(fù)荷峰值時(shí)刻除高壓負(fù)荷si以外的高壓負(fù)荷的總功率；以外的高壓負(fù)荷的總功率； shvp高壓負(fù)荷高壓負(fù)荷si以外的高壓負(fù)荷的總以外的高壓負(fù)荷的總功率峰值。功率峰

33、值。 hvphvihvssf同時(shí)系數(shù)對(duì)諧波發(fā)送允許值的影響 圖圖1 疊加指數(shù)疊加指數(shù)2.0 牽引負(fù)荷同時(shí)系數(shù)表表1 實(shí)測(cè)牽引負(fù)荷同時(shí)系數(shù)實(shí)測(cè)牽引負(fù)荷同時(shí)系數(shù) 公共連接點(diǎn)上牽引變電所個(gè)數(shù)同時(shí)系數(shù)fhva相b相c相平均20.380.330.370.3630.410.420.430.4240.470.460.470.4750.480.490.460.48 牽引負(fù)荷同時(shí)系數(shù)高壓電力系統(tǒng)諧波電壓規(guī)劃水平的指標(biāo)值（用標(biāo)稱(chēng)電壓的百分?jǐn)?shù)表高壓電力系統(tǒng)諧波電壓規(guī)劃水平的指標(biāo)值（用標(biāo)稱(chēng)電壓的百分?jǐn)?shù)表示）示） 非3倍次數(shù)的奇次諧波3倍次數(shù)的奇次諧波偶次諧波諧波次數(shù)/h諧波電壓/%諧波次數(shù)/h諧波電壓/%諧波次數(shù)/h

34、諧波電壓/%523221.5729141111.5150.360.5131.5210.280.4171 100.4191 120.2230.7 250.7 注：總諧波畸變率（thd）為3%。 牽引負(fù)荷同時(shí)系數(shù)v考慮考慮牽引負(fù)荷同時(shí)系數(shù)在牽引負(fù)荷同時(shí)系數(shù)在0.30.5范圍內(nèi)變化范圍內(nèi)變化 ，取牽引變電所個(gè)數(shù)為，取牽引變電所個(gè)數(shù)為5 。表3 同時(shí)系數(shù)對(duì)用戶諧波發(fā)送限值的影響 非非3倍次數(shù)的奇次諧波倍次數(shù)的奇次諧波 3倍次數(shù)的奇次諧波倍次數(shù)的奇次諧波 偶次諧波偶次諧波 諧波諧波次數(shù)次數(shù) 諧波電壓畸變率諧波電壓畸變率/% 諧波諧波次數(shù)次數(shù) 諧波電壓畸變率諧波電壓畸變率/% 諧波諧波次數(shù)次數(shù) 諧波電壓畸

35、變率諧波電壓畸變率/% fhv=0.3 fhv=0.5 fhv=1.0 fhv=0.3 fhv=0.5 fhv=1.0 fhv=0.3 fhv=0.5 fhv=1.0 51.631.260.8931.631.260.8921.220.950.6771.631.260.8990.820.630.4540.820.630.45111.220.950.67150.240.190.1360.410.320.22131.220.950.67210.160.130.0980.330.250.18170.820.630.45100.330.250.18190.820.630.45120.160.130.09

36、230.570.440.31250.570.440.31 牽引負(fù)荷同時(shí)系數(shù)v從結(jié)果看出，同時(shí)系數(shù)為從結(jié)果看出，同時(shí)系數(shù)為0.3和和0.5時(shí)的用戶總時(shí)的用戶總諧波畸變限值分別為諧波畸變限值分別為2.4%和和1.9%，比同時(shí)系，比同時(shí)系數(shù)為數(shù)為1.0時(shí)的用戶總諧波畸變限值（時(shí)的用戶總諧波畸變限值（1.3%）分）分別大別大84.6%和和46.2%。這說(shuō)明同時(shí)系數(shù)對(duì)用戶。這說(shuō)明同時(shí)系數(shù)對(duì)用戶諧波發(fā)送限值的影響非常明顯。諧波發(fā)送限值的影響非常明顯。v根據(jù)有限實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，牽引負(fù)荷同時(shí)系數(shù)一根據(jù)有限實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，牽引負(fù)荷同時(shí)系數(shù)一般在般在0.30.30.50.5，因此在分配用戶諧波發(fā)送限值，因此在分配用戶

37、諧波發(fā)送限值時(shí)考慮用戶之間的同時(shí)系數(shù)是十分必要的。牽時(shí)考慮用戶之間的同時(shí)系數(shù)是十分必要的。牽引負(fù)荷的特點(diǎn)之一就是隨機(jī)波動(dòng)性，制定牽引引負(fù)荷的特點(diǎn)之一就是隨機(jī)波動(dòng)性，制定牽引負(fù)荷諧波標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)充分考慮牽引負(fù)荷之間的同負(fù)荷諧波標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)充分考慮牽引負(fù)荷之間的同時(shí)系數(shù)，使?fàn)恳?fù)荷的諧波標(biāo)準(zhǔn)更加合理。時(shí)系數(shù)，使?fàn)恳?fù)荷的諧波標(biāo)準(zhǔn)更加合理。 三級(jí)評(píng)估流程圖三級(jí)評(píng)估流程圖 電氣化鐵道實(shí)例電氣化鐵道實(shí)例 系統(tǒng)西昌變220kv110kv中屯變110kv德昌牽引站黃聯(lián)關(guān)牽引站安寧開(kāi)關(guān)站瀘沽牽引站瀘沽變馬道變35kv35kv磨房溝電站西昌北牽引站至越西變電站至越西變電站表表5-6 牽引變電所主變?nèi)萘繝恳冸娝髯內(nèi)萘?/p>

38、牽引變電所西昌北瀘沽黃聯(lián)關(guān)德昌容量/mva216220210216表表5-7 西昌電網(wǎng)牽引變電所諧波總電壓畸變率西昌電網(wǎng)牽引變電所諧波總電壓畸變率/% 牽引變電所西昌北瀘沽黃聯(lián)關(guān)德昌總電壓畸變率2.212.432.192.96表表5-8 各牽引變電所分配到的諧波電壓發(fā)送限值各牽引變電所分配到的諧波電壓發(fā)送限值/% 牽引變電所西昌北瀘沽黃聯(lián)關(guān)德昌諧波電壓發(fā)送限值（fhv =0.5）1.792.001.411.79諧波電壓發(fā)送限值（fhv =1.0）1.271.411.001.27牽引變電所西昌北瀘沽黃聯(lián)關(guān)德昌諧波發(fā)射水平超標(biāo)倍數(shù)1.271.261.591.65表表5-9 各牽引變電所諧波發(fā)射水平

39、超標(biāo)情況各牽引變電所諧波發(fā)射水平超標(biāo)情況 v將從公共連接點(diǎn)處總可用容量中除去牽引負(fù)荷容量后剩余將從公共連接點(diǎn)處總可用容量中除去牽引負(fù)荷容量后剩余的部分定義為的部分定義為容量裕度容量裕度。表表5-10 利用系統(tǒng)利用系統(tǒng)容量裕度容量裕度50%時(shí)牽引變電所諧波發(fā)送限值時(shí)牽引變電所諧波發(fā)送限值/% 牽引變電所西昌北瀘沽黃聯(lián)關(guān)德昌諧波電壓發(fā)送限值（fhv =0.5）1.982.211.561.98諧波電壓發(fā)送限值（fhv =1.0）1.401.571.111.40 平果變平果變a a相電壓總諧波畸變率相電壓總諧波畸變率 田東變田東變a a相電壓總諧波畸變率相電壓總諧波畸變率典型案例典型案例：南昆電氣化鐵道廣西境內(nèi)由：南昆電氣化鐵道廣西境內(nèi)由南寧電網(wǎng)南寧