客專諧波異常現(xiàn)象分析

1、1.1. 客專諧波異常現(xiàn)象分析1.1.1. 大線湖東地區(qū)HXD1機車電路封鎖現(xiàn)象（1） 自07年12月26日，鐵路局湖東機務(wù)段和湖東一場、 二場出現(xiàn)接觸網(wǎng) 網(wǎng)壓振蕩，HXD1型機車牽引封鎖無法運行情況，特別是 2008年1月2日全天 發(fā)生牽引封鎖13次，機車無常出入庫，嚴(yán)重干擾運輸秩序。（2）同時投入空載HXd1機車不宜超過6臺，67臺是一個臨界點，存在 持續(xù)振蕩現(xiàn)象。在此工況下，切除1臺機車，車、網(wǎng)恢復(fù)正常；再投入1臺機車, 就將發(fā)生振蕩現(xiàn)象及牽引封鎖。（3）同時投入多臺機車（同時6臺以上）比依次投入更易引起振蕩；（4）正常情況下，中間直流電壓脈動頻率約為 34Hz,但幅度較小（1020V

2、左右）。在振蕩過程中，中間直流電壓脈動頻率仍維持在 34Hz水平，但幅度加 大，直到發(fā)生牽引封鎖。20151050-10-15電壓（V）HX1. 3號A節(jié)電流（Kj-20（5）當(dāng)發(fā)生較大電流波動時，牽引變壓器、自耦變壓器的噪聲異常增大， 溫升加劇。50CJOO400003QQOO20000100000-10000 -2DCi00 -30000 -WCiOO -50000圖4.4-1湖東機務(wù)段HXd1003號車A節(jié)網(wǎng)側(cè)電壓、電流（出現(xiàn)波動，08_01_01,13:216波動動周期：280 ms,波動頻率3.57Hz）電壓 V） MSI J 3號蟲節(jié)電流d5DOUO40 cm30000 ZUOQC

3、i100000 -10005 -20000 -30000 -40000 -oooci圖4.4-2湖東機務(wù)段HXd1003號車A節(jié)網(wǎng)側(cè)電壓、電流圖4.4-3湖東變電所供機務(wù)段251饋線電壓、電流上圖為：出現(xiàn)網(wǎng)壓波動，機車封鎖后主斷路器切除，切除后不久接觸網(wǎng)電壓 波動現(xiàn)象消失，即接觸網(wǎng)波動消失（若干臺機車被封鎖，被封鎖機車牽引變壓器 退出運行，接觸網(wǎng)也有一部分機車該時刻未被封鎖， 當(dāng)接觸網(wǎng)電壓波動減弱或消 失后，這部分機車仍未正常靜置或運行）。從上圖可以看出，上圖為電流、電壓在幾秒鐘時間的波形，由于采樣時間較長，事實上為電壓、電流包絡(luò)線 。關(guān)于HXd1003號車A節(jié)網(wǎng)側(cè)電壓、電流波 形，以及電壓、

4、電流間的相位關(guān)系見下圖。圖4.4-4湖東機務(wù)段HXd1003號車A節(jié)網(wǎng)側(cè)電壓、電流波形（出現(xiàn)波動，08_01_01, 13:216 波動動周期：280 ms,波動頻率 3.57Hz）從上圖可以看出，上圖為電流、電壓在幾秒鐘時間的波形，由于采樣時間較 長，事實上為電壓、電流包絡(luò)線 。與湖東機務(wù)段HXd1機車遇到同樣問題的有車輛段，08年5月隨著CRH5 動車組在車輛段的逐步投入使用，每天早晨 CRH5動車組集中整備出庫時間段， CRH5動車組同樣出現(xiàn)因電壓波動導(dǎo)致動車組被封鎖。無論HXd1機車或CRH5動車組，電壓波動導(dǎo)致被封鎖的現(xiàn)象，都是交流牽 引負(fù)荷在牽引變流器控制策略與接觸網(wǎng)電壓配合方面出

5、現(xiàn)問題。 機車或動車組數(shù) 量較少時，車輛直流環(huán)節(jié)的電壓波動不至于使接觸網(wǎng)電壓波動， 當(dāng)接觸網(wǎng)饋線機 車或動車組達(dá)到一定數(shù)量時，就出現(xiàn)了接觸網(wǎng)電壓的波動。應(yīng)當(dāng)看到出現(xiàn)接觸網(wǎng)電壓的波動后，這種波動的電壓作用于靜置狀態(tài)的機車 或動車組，又加劇了牽引變流器控制策略與接觸網(wǎng)電壓配合方面本已存在的問 題，使集中停放、靜置整備的機車或動車組很快進(jìn)入了封鎖狀態(tài)。湖東機務(wù)段和車輛段上述現(xiàn)象的測試分析過程，并因此進(jìn)行的牽引變流器控制策略的調(diào)整，對我國客專交流牽引負(fù)荷較為集中場站如何避免封鎖現(xiàn)象的發(fā)生 具有重要的借鑒意義。牽引網(wǎng)諧波電流放大引起的諧振過電壓現(xiàn)象中國鐵道出版的世界高速鐵路技術(shù)，介紹了日本新干線接觸網(wǎng)末

6、端，諧波電流放大，引起諧振過電壓的原因為：(1) 采用AT供電，電源阻抗為直供方式的4倍.(2) 采用AT供電，供電距離增長。(3) VVVF電動車組采用脈沖調(diào)制產(chǎn)生的15001800Hz高次諧波的含量，較 交直傳動明顯增多。到目前為止，我國客專因牽引網(wǎng) 諧波電流放大引起較大諧振過電壓出現(xiàn)的有3次：京線薊縣南牽引變電所京津城際鐵路武清牽引變電所合寧線龍城牽引變電所(越區(qū)供電至合武線長安集變電所)實際測試結(jié)果表明，薊縣南牽引變電所供電區(qū)段的電壓異常是由牽引網(wǎng)高次 諧波諧振引起的，列車是諧振的激勵源。牽引網(wǎng)高次諧波諧振造成母線中諧波電 壓分量急劇增高，從而與基波電壓合成導(dǎo)致電壓升高，實測表明薊縣南

7、變電所母 線電壓在諧振情況下可升高35 %，燕郊分區(qū)所母線電壓升高幅度較變電所大， 可達(dá)50%。牽引網(wǎng)高次諧波諧振的直接結(jié)果是諧波電流放大，實測表明諧振時在變電所 55kV母線上能有高達(dá)100A的單次諧波電流。仿真結(jié)果表明，發(fā)生 1720次 諧波諧振時，正常復(fù)線運行情況下，從動車組到變電所55kV母線電流可放大617倍，1A的動車組諧波電流可在變電所引起 1 3kV的諧波電壓，在分區(qū) 所引起2 6kV的諧波電壓；V停運行時，從動車組到變電所 55kV母線電流 可放大8 23倍，1A的動車組諧波電流可在變電所引起 27kV的諧波電壓， 在分區(qū)所引起5 15kV的諧波電壓。被放大的諧波電流與電源及

8、牽引變壓器合 成的諧波阻抗相作用產(chǎn)生很高的諧波電壓， 諧振諧波電壓的分布是供電臂末端分 區(qū)所處最高，首端變電所處最低，末端近似為首端的2倍。仿真與分析表明，參與牽引網(wǎng)諧振的有接觸網(wǎng)并聯(lián)分布電容、串聯(lián)分布阻抗、牽引變壓器和進(jìn)線電源。根據(jù)在測試分析和仿真計算結(jié)果，提出了 “京哈線薊縣南牽引變電所電壓異 ?，F(xiàn)象治理方案”該方案通過在薊縣南牽引變電所及其兩側(cè)分區(qū)所加裝消諧裝 置，吸收動車組產(chǎn)生的諧波電流，使變電所電壓異常現(xiàn)象得到有效抑制。京哈線薊縣南牽引變電所電壓異?，F(xiàn)象，在國外曾有報導(dǎo)，是特定的牽引網(wǎng)參數(shù)與動車組諧波電流共同產(chǎn)物(薊縣南牽引變電所兩側(cè)供電臂較長都是近50km，其接觸網(wǎng)參數(shù)導(dǎo)致了特定諧

9、波電流放大）；結(jié)合目前在我國動車組運行已 取得的對電壓異?，F(xiàn)象的測試結(jié)果，運行部門應(yīng)對運行中監(jiān)測到的電壓異?，F(xiàn)象引起重視，及時組織測試分析-lr*e |Ti61.? hvoA 屋 ng圖4.4-5薊縣南變電所M座母線電壓波形（21次諧波電壓放大嚴(yán)重）3圖4.4-6薊縣南變電所M座母線261次諧波電壓（21次諧波放大嚴(yán)重）:冏縣薛M呼5刃工聞純電甌50 2 "丿廣jmrJjj-412 SO DCTC-56CG10：52JDTime圖4.4-7薊縣南變電所M座母線出現(xiàn)諧振放大時段的電壓有效值曲線LambdaX Axis TitlecmCn-XAYCILISIXA YBX Axis Tit

10、le圖4.4-8京津城際鐵路ATS3（分區(qū)兼AT所）武清方向接觸線電壓有效值曲 線南接觸線額定電壓：27.5kV，圖中測試時段有母線的諧振過電壓現(xiàn)象。50000400003000020000100000-10000-20000-30000-40000-50000圖4.4-9京津城際鐵路ATS3 （分區(qū)兼AT所）武清方向接觸線電壓波形（圖 中波形因采樣A/D飽和，有明顯的切頂現(xiàn)象，23次諧波放大嚴(yán)重）kV80604020 -I0 -I-20-40-60-80Uthd=121%-10050010001500圖4.4-10京津城際鐵路武清變電所接觸線電壓波形（23次諧波放大嚴(yán)重）4812162024

11、283236404448譜頻壓電宰向方津天3STA諧波次數(shù)n圖4.4-11京津城際鐵路ATS3 （分區(qū)兼AT所）武清方向接觸線電壓 261 次諧波電壓（23次諧波放大嚴(yán)重）6055504540353025205kV8060400J-20-40卜-60-800圖4.4-12合寧線龍城所越區(qū)（供電距離：50km）至合武線長安集所，接觸 網(wǎng)末端出現(xiàn)諧振放大時段的電壓有效值曲線長安集變電所合肥方向T線電壓有效值 0 8.12. 2 5 （龍城變電所越區(qū)供電至長安集）圖4.4-12合寧線龍城所越區(qū)（供電距離：50km）至合武線長安集所，接觸 網(wǎng)末端出現(xiàn)諧振放大時段的電壓波形有效值曲線（17次諧波嚴(yán)重放大

12、）長安集變電所08.12.25 8:33 下行T線電壓（合肥方向）CRH2 D477 （龍城所供電至長安集）U thd=121%8 :3 0 :2 58 :3 0:5 38 :3 1 :2 28 :3 1 :5 18 :3 2:1 98 :3 2 :4 88 :3 3 :1 78 :3 3 :4100k VI :E L !下行T線電壓 上行T線電壓20 -100UTHD= 121%500100015002000I25001206020Un (%)irr b4812162024283236長安集變電所8:33下行T線電壓0CRH2 D477 （龍城所供電至長安集）U thd=121% *屮甲叩呷

13、*f L甲1屮1叩呷FT*404448525660 n圖4.4-13合寧線龍城所越區(qū)（供電距離：50km）至合武線長安集所，接觸 網(wǎng)末端出現(xiàn)諧振放大時段的261次諧波電壓（17次諧波嚴(yán)重放大）在以上京、京津、合寧、合武各線諧波電流放大引起諧振過電壓的測試過程 中，聯(lián)系電力機車、動車組諧波性能測試的結(jié)果，關(guān)于諧振過電壓：（1）電力機車、動車組諧波性能，即牽引取流中的諧波含量，是與測試時 刻的接觸網(wǎng)電壓的畸變程度密切相關(guān)的，電壓畸變嚴(yán)重則導(dǎo)致電流畸變嚴(yán)重。同一型號的電力機車、動車組，諧波性能有一定的差異，即同一車型運行于 同一供電臂，可能只有個別幾列車會出現(xiàn)較大的諧波放大。（2）當(dāng)接觸網(wǎng)阻抗參數(shù)造

14、成了諧波電流放大時，放大了的諧波電流引起電壓畸變，畸變的電壓進(jìn)一步使機車或動車組諧波電流增大；這樣，就形成了一個類似于正反饋的互相激勵的過程，很快使接觸網(wǎng)末端形成諧振電壓，引起設(shè)備燒 損。（3）對交流牽引負(fù)荷取流可能引起高次諧波放大現(xiàn)象應(yīng)引起重視，必要時 安裝消諧裝置予以抑制。a.應(yīng)重視變電所、分區(qū)所、AT所常規(guī)監(jiān)測裝置反映的接觸網(wǎng)電壓異常（變電所亭數(shù)采裝置采樣頻率較低，不能準(zhǔn)確反映放大了的諧波電流和諧波電壓， 但是當(dāng)諧振過電壓出現(xiàn)時，變電所亭和調(diào)度端顯示的接觸網(wǎng)電壓會伴隨有異常顯 示）Ob牽引變壓器、自耦變壓器聲響異常現(xiàn)象，盡快通過測試確定是否存在諧 振過電壓。c. 對以下狀態(tài)應(yīng)通過測試，確

15、定接觸網(wǎng)否存在諧振過電壓可能：客專聯(lián)調(diào) 聯(lián)試、供電系統(tǒng)更換車型、增加重聯(lián)或長編組動車組等改變運行方式。d. 客專聯(lián)調(diào)聯(lián)試及其他形式對饋線電流測試并進(jìn)行諧波分析時，應(yīng)特別注 意其測試結(jié)果中電流THD值是否具有隨電流有效值的增大呈衰減趨勢。如有些 不衰減的測點，甚至有的測點 THD過大，則應(yīng)對這些測試點的諧波造成進(jìn)行分 析，即找出哪些諧波被放大。合武客專聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間測得的，饋線電流 THD隨饋線電流有效值增加呈明 顯衰減示例見下圖。100 -90 -60 -TOGO -50 -40 -30 -20 -L 0 -麻城北變包所三河方苛丁紆電流 小2008.12. 10D0 -圖4.4-14合武客專麻城

16、北變電所饋線電流 THD京津城際鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，ATS3 （分區(qū)兼AT所）AT吸上電流THD隨AT吸上電流有效值變化趨勢見下圖， 從圖中可以看出，AT吸上電流THD隨AT 吸上電流有效值呈衰減趨勢的同時，圖中有一部分測試點分布較分散，說明對某 些動車組的某些工作點有較大的諧波電流存在。-r501OD150ATS 3 1 號 AT 電渝 C A)0 -40圖4.4-15 ATS3 1號AT T線電流綜合畸變率 THD（%）下圖為合武線牽引網(wǎng)發(fā)生諧振過電壓，并導(dǎo)致避雷器燒損現(xiàn)象發(fā)生期間測試 的，供電臂三十里鋪AT所AT吸上電流THD隨電流有效值變化曲線、17次諧 波電流含有率，可以看出對于幾個很

17、大的THD值與對應(yīng)的17次諧波電流含有率 很接近，表明存在17次諧波電流放大，聯(lián)系到對應(yīng)的接觸網(wǎng)電壓諧波分析結(jié)果， 可以確定牽引網(wǎng)出現(xiàn)了 17次諧波諧振過電壓。合寧線龍城所越區(qū)（供電距離50km ）供電至合武客專長安集變電所，動車 組位于接觸網(wǎng)末端，三十里鋪 AT兼分區(qū)所，2號AT吸上電流中17次諧波電流明顯放大，引起諧振過電壓，規(guī)定圍為:三十里鋪0SkmI5kna合肥龍城（商京右向）12聃之前及12笳抉電距離：50km12.24拱由距禽1 23km150200250o o o o O5 o s o S2 2 11 次掛皿創(chuàng)煖爭期犁圧務(wù)#掛國窖疑-tf電«00501 CID300 A

18、合寧客專三十里鋪需捷分區(qū)所2號血曬上電流叩.12.15圖4.4-16 （供電距離50km）供電至合武客專長安集變電所，動車組位于接觸網(wǎng)末端，三十里鋪AT兼分區(qū)所，2號AT吸上電流中17次諧波電流明顯放大， 引起諧振過電壓1.12 京線狼窩堡變電所諧波電流現(xiàn)象京線狼窩堡變電所饋出狼窩堡一家林下行饋線（Scott接線變壓器的M座）,在狼一間經(jīng)廠開閉所T接出一路饋線送電至車輛廠。08年34月間CRH3型動 車組于廠調(diào)試，在此期間由于 CRH3型動車組組裝初期牽引變流器控制調(diào)試過 程，產(chǎn)生了兩個現(xiàn)象：（1）動車組取流不正常，造成開閉所 T接饋線開關(guān)頻繁跳閘。由于開閉所 T接饋線開關(guān)保護(hù)動作時間與狼窩堡變電所狼一饋線開關(guān)動作時間的配合， CRH3調(diào)試過程引起的跳閘并未影響京線的正常運行。（2）CRH3型動車組調(diào)試過程中，動車組取流中諧波成分較大，致使同時 接于M座的功率因數(shù)補償裝置，出現(xiàn)諧波電流過載現(xiàn)象，直接表現(xiàn)形式為補償 裝置電流從額定值的48A增加至8092A，聲響異常。