客專諧波異?，F(xiàn)象分析

1、1.1. 客專諧波異?，F(xiàn)象分析1.1.1. 大秦線湖東地區(qū)HXD1機(jī)車電路封鎖現(xiàn)象（1）自07年12月26日，太原鐵路局湖東機(jī)務(wù)段和湖東一場(chǎng)、二場(chǎng)出現(xiàn)接觸網(wǎng)網(wǎng)壓振蕩，HXD1型機(jī)車牽引封鎖無(wú)法運(yùn)行情況，特別是2008年1月2日全天發(fā)生牽引封鎖13次，機(jī)車無(wú)法正常出入庫(kù)，嚴(yán)重干擾運(yùn)輸秩序。（2）同時(shí)投入空載HXD1機(jī)車不宜超過(guò)6臺(tái)，67臺(tái)是一個(gè)臨界點(diǎn)，存在持續(xù)振蕩現(xiàn)象。在此工況下，切除1臺(tái)機(jī)車，車、網(wǎng)恢復(fù)正常；再投入1臺(tái)機(jī)車，就將發(fā)生振蕩現(xiàn)象及牽引封鎖。（3）同時(shí)投入多臺(tái)機(jī)車（同時(shí)6臺(tái)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(dòng)頻率約為34Hz，但幅度較?。?020V左右）。

2、在振蕩過(guò)程中，中間直流電壓脈動(dòng)頻率仍維持在34Hz水平，但幅度加大，直到發(fā)生牽引封鎖。（5）當(dāng)發(fā)生較大電流波動(dòng)時(shí)，牽引變壓器、自耦變壓器的噪聲異常增大，溫升加劇。圖4.4-1 湖東機(jī)務(wù)段內(nèi)HXD1003號(hào)車A節(jié)網(wǎng)側(cè)電壓、電流（出現(xiàn)波動(dòng)，08_01_01, 13:216 波動(dòng)動(dòng)周期：280 ms,波動(dòng)頻率3.57Hz）圖4.4-2 湖東機(jī)務(wù)段內(nèi)HXD1003號(hào)車A節(jié)網(wǎng)側(cè)電壓、電流上圖為：出現(xiàn)網(wǎng)壓波動(dòng)，機(jī)車封鎖后主斷路器切除，切除后不久接觸網(wǎng)電壓波動(dòng)現(xiàn)象消失，即接觸網(wǎng)內(nèi)波動(dòng)消失（若干臺(tái)機(jī)車被封鎖，被封鎖機(jī)車牽引變壓器退出運(yùn)行，接觸網(wǎng)內(nèi)也有一部分機(jī)車該時(shí)刻未被封鎖，當(dāng)接觸網(wǎng)電壓波動(dòng)減弱或消失后，這部

3、分機(jī)車仍未正常靜置或運(yùn)行）。圖4.4-3 湖東變電所供機(jī)務(wù)段251饋線電壓、電流從上圖可以看出，上圖為電流、電壓在幾秒鐘時(shí)間內(nèi)的波形，由于采樣時(shí)間較長(zhǎng)，事實(shí)上為電壓、電流包絡(luò)線 。關(guān)于HXD1003號(hào)車A節(jié)網(wǎng)側(cè)電壓、電流波形，以及電壓、電流間的相位關(guān)系見(jiàn)下圖。圖4.4-4湖東機(jī)務(wù)段內(nèi)HXD1003號(hào)車A節(jié)網(wǎng)側(cè)電壓、電流波形（出現(xiàn)波動(dòng)，08_01_01, 13:216 波動(dòng)動(dòng)周期：280 ms,波動(dòng)頻率3.57Hz）從上圖可以看出，上圖為電流、電壓在幾秒鐘時(shí)間內(nèi)的波形，由于采樣時(shí)間較長(zhǎng)，事實(shí)上為電壓、電流包絡(luò)線 。與湖東機(jī)務(wù)段內(nèi)HXD1機(jī)車遇到同樣問(wèn)題的有北京車輛段，08年5月隨著CRH5動(dòng)車組

4、在北京車輛段的逐步投入使用，每天早晨CRH5動(dòng)車組集中整備出庫(kù)時(shí)間段，CRH5動(dòng)車組同樣出現(xiàn)因電壓波動(dòng)導(dǎo)致動(dòng)車組被封鎖。無(wú)論HXD1機(jī)車或CRH5動(dòng)車組，電壓波動(dòng)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)電壓配合方面出現(xiàn)問(wèn)題。機(jī)車或動(dòng)車組數(shù)量較少時(shí)，車輛直流環(huán)節(jié)的電壓波動(dòng)不至于使接觸網(wǎng)電壓波動(dòng)，當(dāng)接觸網(wǎng)饋線內(nèi)機(jī)車或動(dòng)車組達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，就出現(xiàn)了接觸網(wǎng)電壓的波動(dòng)。應(yīng)當(dāng)看到出現(xiàn)接觸網(wǎng)電壓的波動(dòng)后，這種波動(dòng)的電壓作用于靜置狀態(tài)的機(jī)車或動(dòng)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(wèn)題，使集中停放、靜置整備的機(jī)車或動(dòng)車組很快進(jìn)入了封鎖狀態(tài)。湖東機(jī)務(wù)段和北京車輛段上

5、述現(xiàn)象的測(cè)試分析過(guò)程，并因此進(jìn)行的牽引變流器控制策略的調(diào)整，對(duì)我國(guó)客專交流牽引負(fù)荷較為集中場(chǎng)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(guò)電壓現(xiàn)象中國(guó)鐵道出版社出版的世界高速鐵路技術(shù)，介紹了日本新干線接觸網(wǎng)末端，諧波電流放大，引起諧振過(guò)電壓的原因?yàn)椋海?） 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(zhǎng)。（3）VVVF電動(dòng)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(dòng)明顯增多。到目前為止，我國(guó)客專因牽引網(wǎng)內(nèi) 諧波電流放大引起較大諧振過(guò)電壓出現(xiàn)的有3次： 京秦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

6、所（越區(qū)供電至合武線長(zhǎng)安集變電所）實(shí)際測(cè)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(lì)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(shí)測(cè)表明薊縣南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(shí)測(cè)表明諧振時(shí)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(shí)，正常復(fù)線運(yùn)行情況下，從動(dòng)車組到變電所55kV 母線電流可放大617 倍，1A 的動(dòng)車組諧波電流可在變電所引起13k

7、V 的諧波電壓，在分區(qū)所引起26kV 的諧波電壓；V 停運(yùn)行時(shí)，從動(dòng)車組到變電所55kV 母線電流可放大823 倍，1A 的動(dòng)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(cè)試分析和仿真計(jì)算結(jié)果，提出了“京哈線薊縣南牽引變電所電壓異常現(xiàn)象治理方案”該方案通過(guò)在薊縣南牽引變電所及其兩側(cè)分區(qū)所加裝消諧裝置，

8、吸收動(dòng)車組產(chǎn)生的諧波電流，使變電所電壓異?，F(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(guó)外曾有報(bào)導(dǎo)，是特定的牽引網(wǎng)參數(shù)與動(dòng)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(zhǎng)都是近50km，其接觸網(wǎng)參數(shù)導(dǎo)致了特定諧波電流放大）；結(jié)合目前在我國(guó)動(dòng)車組運(yùn)行已取得的對(duì)電壓異常現(xiàn)象的測(cè)試結(jié)果，運(yùn)行部門應(yīng)對(duì)運(yùn)行中監(jiān)測(cè)到的電壓異?，F(xiàn)象引起重視，及時(shí)組織測(cè)試分析。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）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）圖4.4-7 薊縣南變電所M座母線出現(xiàn)諧振放大時(shí)段的電壓有效值曲線圖4.4-8 京津城際鐵路AT

9、S3（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(cè)試時(shí)段有母線的諧振過(guò)電壓現(xiàn)象。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）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）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）圖4.4-12合寧線龍城所越區(qū)（供電距離：50km）至合武線長(zhǎng)安集所，接觸網(wǎng)末端出現(xiàn)諧振放大時(shí)段的電壓有效值曲線圖4.4-12 合寧線龍城所越區(qū)（供電距離：50km

10、）至合武線長(zhǎng)安集所，接觸網(wǎng)末端出現(xiàn)諧振放大時(shí)段的電壓波形有效值曲線（17次諧波嚴(yán)重放大）圖4.4-13合寧線龍城所越區(qū)（供電距離：50km）至合武線長(zhǎng)安集所，接觸網(wǎng)末端出現(xiàn)諧振放大時(shí)段的261次諧波電壓（17次諧波嚴(yán)重放大）在以上京秦、京津、合寧、合武各線諧波電流放大引起諧振過(guò)電壓的測(cè)試過(guò)程中，聯(lián)系電力機(jī)車、動(dòng)車組諧波性能測(cè)試的結(jié)果，關(guān)于諧振過(guò)電壓：（1）電力機(jī)車、動(dòng)車組諧波性能，即牽引取流中的諧波含量，是與測(cè)試時(shí)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(hào)的電力機(jī)車、動(dòng)車組，諧波性能有一定的差異，即同一車型運(yùn)行于同一供電臂，可能只有個(gè)別幾列車會(huì)出現(xiàn)較大的諧波放

11、大。（2）當(dāng)接觸網(wǎng)阻抗參數(shù)造成了諧波電流放大時(shí)，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(jī)車或動(dòng)車組諧波電流增大；這樣，就形成了一個(gè)類似于正反饋的互相激勵(lì)的過(guò)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(duì)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(shí)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(cè)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(guò)電壓出現(xiàn)時(shí)，變電所亭和調(diào)度端顯示的接觸網(wǎng)電壓會(huì)伴隨有異常顯示 ）。b牽引變壓器、自耦變壓器聲響異常現(xiàn)象，盡快通過(guò)測(cè)試確定是否存在諧振過(guò)電壓。c對(duì)以下?tīng)顟B(tài)

12、應(yīng)通過(guò)測(cè)試，確定接觸網(wǎng)內(nèi)否存在諧振過(guò)電壓可能：客專聯(lián)調(diào)聯(lián)試、供電系統(tǒng)內(nèi)更換車型、增加重聯(lián)或長(zhǎng)編組動(dòng)車組等改變運(yùn)行方式。d客專聯(lián)調(diào)聯(lián)試及其他形式對(duì)饋線電流測(cè)試并進(jìn)行諧波分析時(shí)，應(yīng)特別注意其測(cè)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(shì)。如有些不衰減的測(cè)點(diǎn)，甚至有的測(cè)點(diǎn)THD過(guò)大，則應(yīng)對(duì)這些測(cè)試點(diǎn)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(cè)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(jiàn)下圖。圖4.4-14 合武客專麻城北變電所饋線電流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(shì)見(jiàn)下圖，從圖中可以看出

13、，AT吸上電流THD隨AT吸上電流有效值呈衰減趨勢(shì)的同時(shí)，圖中有一部分測(cè)試點(diǎn)分布較分散，說(shuō)明對(duì)某些動(dòng)車組的某些工作點(diǎn)有較大的諧波電流存在。圖4.4-15 ATS3 1號(hào)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(guò)電壓，并導(dǎo)致避雷器燒損現(xiàn)象發(fā)生期間測(cè)試的，供電臂內(nèi)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(duì)于幾個(gè)很大的THD值與對(duì)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(duì)應(yīng)的接觸網(wǎng)電壓諧波分析結(jié)果，可以確定牽引網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)了17次諧波諧振過(guò)電壓。合寧線龍城所越區(qū)（供電距離50km）供電至合武客專長(zhǎng)安集變電所，動(dòng)車

14、組位于接觸網(wǎng)末端，三十里鋪AT兼分區(qū)所，2號(hào)AT吸上電流中17次諧波電流明顯放大，引起諧振過(guò)電壓，規(guī)定范圍為：圖4.4-16（供電距離50km）供電至合武客專長(zhǎng)安集變電所，動(dòng)車組位于接觸網(wǎng)末端，三十里鋪AT兼分區(qū)所，2號(hào)AT吸上電流中17次諧波電流明顯放大，引起諧振過(guò)電壓1.1.2. 京秦線狼窩堡變電所諧波電流現(xiàn)象京秦線狼窩堡變電所饋出狼窩堡韓家林下行饋線（Scott接線變壓器的M座），在狼韓間經(jīng)唐山廠開(kāi)閉所T接出一路饋線送電至唐山車輛廠。08年34月間CRH3型動(dòng)車組于唐山廠內(nèi)調(diào)試，在此期間由于CRH3型動(dòng)車組組裝初期牽引變流器控制調(diào)試過(guò)程，產(chǎn)生了兩個(gè)現(xiàn)象：（1）動(dòng)車組取流不正常，造成開(kāi)閉所

15、T接饋線開(kāi)關(guān)頻繁跳閘。由于開(kāi)閉所T接饋線開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間與狼窩堡變電所狼韓饋線開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間的配合，CRH3調(diào)試過(guò)程引起的跳閘并未影響京秦線的正常運(yùn)行。（2）CRH3型動(dòng)車組調(diào)試過(guò)程中，動(dòng)車組取流中諧波成分較大，致使同時(shí)接于M座的功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，出現(xiàn)諧波電流過(guò)載現(xiàn)象，直接表現(xiàn)形式為補(bǔ)償裝置電流從額定值的48A增加至8092A，聲響異常。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)， 狼窩堡變電所狼韓間饋線（包括唐山車輛廠調(diào)試動(dòng)車組取流）嚴(yán)重畸變（電流波形見(jiàn)圖4.4-1kV7）。圖4.4-1kV7上圖中狼韓間下行饋線電流波形最應(yīng)該引起注意的是，由于唐山廠調(diào)試動(dòng)車組取流特點(diǎn)所決定，饋線電流的每?jī)蓚€(gè)相鄰波形均不一致，而是每個(gè)波形與其后的第三個(gè)波形一致，這就形成了每三個(gè)工頻周期為一個(gè)循環(huán)的波形變化規(guī)律，這種現(xiàn)行并不常見(jiàn)，與此相應(yīng)狼窩堡變電所M座功率因數(shù)補(bǔ)償裝置電流也同時(shí)形成了每三個(gè)工頻周期為一個(gè)循環(huán)的波形變化規(guī)律，見(jiàn)圖4.4-18。kV圖4.4-18唐山車輛廠停止調(diào)試動(dòng)車組取流時(shí)的M座補(bǔ)償裝置電流波形與T座補(bǔ)償裝置電流波形一致。T座補(bǔ)償裝置電流、電壓波形見(jiàn)圖圖4.4-19。圖4.4-19經(jīng)測(cè)試分析后，將狼窩堡變電所M座功率因數(shù)補(bǔ)償裝置的串聯(lián)電抗器參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整