畢業(yè)論文-牽引變電所并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的保護(hù)接地(論文)

1、西 南 交 通 大 學(xué)?？飘厴I(yè)論文并補(bǔ)裝置的保護(hù)接地探討年 級:20082008學(xué) 號:2008307020083070姓 名:xx專 業(yè):電氣化鐵道技術(shù)指導(dǎo)老師:謝 剛20102010 年年 1010 月月 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 I 頁院 系 電氣工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣化鐵道技術(shù)年 級 2008 級（函）02 班 姓 名 xx 題 目 并補(bǔ)裝置的保護(hù)接地探討 指導(dǎo)教師評 語 指導(dǎo)教師 (簽章)評 閱 人評 語 評 閱 人 (簽章)成 績 答辯委員會主任 (簽章) 年 月 日 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 II 頁畢業(yè)論文任務(wù)書班 級 電氣化鐵道 2008-函 02 班 學(xué)生姓

2、名 xx 學(xué) 號 200000 發(fā)題日期： 2010 年 01 月 15 日 完成日期：2010 年 10 月 01 日題 目 牽引變電所并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的保護(hù)接地 1、本論文的目的、意義 鐵道電氣化能實(shí)現(xiàn)重載和高速牽引，但鐵道電氣化牽引網(wǎng)由于無功負(fù)荷大，功率因數(shù)低，使電壓質(zhì)量下降，線路損耗增大，還使供電設(shè)備不能充分發(fā)揮其能力。電力機(jī)車負(fù)荷是一個諧波源，高次諧波給系統(tǒng)及供電設(shè)備帶來嚴(yán)重的影響，為了提高供電質(zhì)量和增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，鐵路牽引網(wǎng)必須增設(shè)并聯(lián)補(bǔ)償和高次諧波濾波裝置。保障并補(bǔ)設(shè)備和高次諧波濾波裝置可靠運(yùn)行是鐵路運(yùn)營暢通無阻的前提。牽引變電所并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置在采用整流式電力機(jī)車的單相交流電

3、氣化鐵道上，對解決無功補(bǔ)償問題和高次諧波濾波問題都具有重要的意義。調(diào)研電氣化鐵路的發(fā)展概況及趨勢是認(rèn)識鐵路和改造鐵路的基礎(chǔ)，為適應(yīng)鐵路高速、安全、舒適的發(fā)展趨勢，以達(dá)到無功補(bǔ)償和高次諧波吸收的主要目的，同時提高電壓水平，減少負(fù)序電流的要求，對典型牽引變電所并聯(lián)電容及補(bǔ)償裝置差壓、差流保護(hù)的接地進(jìn)行深入地分析，并就現(xiàn)在正在研制使用的一種隨機(jī)方式的并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置進(jìn)行研究具有重大的意義。 2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù) 調(diào)研電氣化鐵路發(fā)展概況、趨勢及課題研究背景，明確畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)與完成的工作；對牽引供電系統(tǒng)的特性進(jìn)行分析，對牽引變電所并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置進(jìn)行介紹，在此基礎(chǔ)上對典型牽引變電所并聯(lián)電容及補(bǔ)償裝置差

4、壓、差流保護(hù)的接地進(jìn)行深入地分析，并對隨機(jī)方式的并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置進(jìn)行介紹。 西南交通大學(xué)成人專科畢業(yè)論文 第 III 頁3、論文各部分內(nèi)容及時間分配：（共 12 周）第一部分 緒論 電氣化鐵路發(fā)展概況及趨勢、課題研究背景 ( 1 周) 第二部分 牽引供電系統(tǒng)的特性 ( 2 周) 第三部分 并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置 ( 2 周)第四部分 電容補(bǔ)償裝置差壓保護(hù)的接地 ( 3 周) 第五部分 降壓隨機(jī)電容補(bǔ)償裝置 ( 3 周)評閱及答辯 ( 1 周)備 注 指導(dǎo)教師： 年 月 日審 批 人： 年 月 日 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 IV 頁摘 要在采用整流式電力機(jī)車的單相交流電氣化鐵道上，牽引網(wǎng)的功率

5、因數(shù)一般在0.8 左右。由于功率因數(shù)低，無功負(fù)荷增大，不僅電壓質(zhì)量下降，線路損失增加，同時還使供電設(shè)備不能充分發(fā)揮能力。電力機(jī)車負(fù)荷是一個諧波源，鐵路部門對牽引系統(tǒng)高次諧波給系統(tǒng)和供電設(shè)備帶來的影響極為重視。不論是解決無功補(bǔ)償問題，還是解決高次諧波濾波問題，都是采用電容電抗回路構(gòu)成的電容器組，并聯(lián)到牽引供電網(wǎng)上的方式。為了提高供電質(zhì)量和增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，鐵路牽引網(wǎng)必須增設(shè)并聯(lián)補(bǔ)償和高次諧波濾波裝置。保障并補(bǔ)設(shè)備和高次諧波濾波裝置可靠運(yùn)行是鐵路運(yùn)營暢通無阻的前提。本文就牽引變電所并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置進(jìn)行了介紹，在此基礎(chǔ)上對典型牽引變電所并聯(lián)電容及補(bǔ)償裝置差壓、差流保護(hù)的接地進(jìn)行深入地分析，并就現(xiàn)在適

6、應(yīng)適應(yīng)國家有關(guān)規(guī)定而采用一種隨機(jī)方式的并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置作了介紹。第一章主要介紹電氣化鐵路的發(fā)展及趨勢；第二章就牽引供電系統(tǒng)的特性進(jìn)行介紹；第三章對牽引變電所并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置進(jìn)行介紹；第四章是牽引變電所電容補(bǔ)償裝置差壓保護(hù)的接地的重要性進(jìn)行分析；第五章是對降壓隨機(jī)電容補(bǔ)償裝置進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：諧波濾波；并補(bǔ)；保護(hù)接地 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 V 頁目 錄第 1 章 緒 論.11.1 電氣化鐵路發(fā)展的概況及趨勢 .11.2 課題研究背景 .2第 2 章 牽引供電系統(tǒng)的特性.5第 3 章 并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置.93.1 并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置問題的提出 .93.2 電容電抗串聯(lián)濾波回路 .103.3

7、 并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置 .103.4 確定并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置安裝容量 .113.5 電容補(bǔ)償對負(fù)序電流與電壓的補(bǔ)償功能 .123.6 電容裝置投切的暫態(tài)分析 .143.7 一次與二次接線及設(shè)備 .16第 4 章 電容補(bǔ)償裝置差壓保護(hù)的接地.174.1 電容補(bǔ)償裝置差壓保護(hù)的接地的原理 .174.2 電壓升高對繼電器保護(hù)的影響 .23第 5 章 降壓隨機(jī)電容補(bǔ)償裝置.255.1 降壓隨機(jī)電容補(bǔ)償?shù)脑?.255.2 隨機(jī)電容補(bǔ)償方式降壓變壓器和電容容量的選擇 .275.3 降壓隨機(jī)電容補(bǔ)償中的低壓大電流問題 .285.4 降壓隨機(jī)電容補(bǔ)償和常規(guī)電容補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)比較 .28結(jié) 論.30致 謝.31參考文獻(xiàn)

8、.32 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 1 頁第 1 章 緒 論1.1 電氣化鐵路發(fā)展的概況及趨勢1842 年英國人羅伯特.戴維斯在愛丁堡至格拉斯哥的鐵路上利用玻璃式電池作為動力源，制作了一臺 5t 重的電動車輛，用整流子式電動機(jī)驅(qū)動車輛運(yùn)行。到了20 世紀(jì) 50 年代，一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，為完成急劇增長的運(yùn)輸任務(wù)，以及于其他運(yùn)輸業(yè)競增的需要，開始大規(guī)模地進(jìn)行鐵路運(yùn)輸業(yè)的現(xiàn)代化建設(shè)，主要是牽引動力現(xiàn)代化建設(shè)。我國電氣化鐵路建設(shè)，是在新中國成立后才開始的，比世界其他幾個電氣化鐵路大國一般要晚半個世紀(jì)。1961 年 8 月 15 日，在新建的寶成線寶雞至鳳州段建成了我國第一條電氣化鐵路，全長 9

9、3 公里。這條電氣化鐵路運(yùn)營后，很快就顯示了蒸汽機(jī)車和內(nèi)燃機(jī)車不可比擬的優(yōu)越性。到了 60 年代末，為了加速大西南的建設(shè)，溝通西南地區(qū)與全國的物資交流，寶成線鳳州至成都段的電氣化又重新上馬。經(jīng)過電氣化建設(shè)者們幾年的艱苦奮戰(zhàn)，于 1975 年 7 月 1 日，676 公里長的寶成電氣化鐵路全線建成通車。它的建成在我國鐵路建設(shè)史上產(chǎn)生了重大影響，受到了社會各界高度贊揚(yáng)。 從黨的十一屆三中全會作出全黨工作的著重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到社會主義現(xiàn)代化建設(shè)上來以來，我國電氣化鐵路建設(shè)才逐漸快了起來，襄渝、石太、寶蘭和成渝等四條線的電氣化工程相繼開工，而且開始向貨流密度大、運(yùn)輸繁忙的干線發(fā)展。特別是到了上世紀(jì) 80 年代

10、以后，隨著我國改革開放的不斷向前推進(jìn)，我國電氣化鐵路建設(shè)更有了飛速的發(fā)展。六五期間修建了電氣化鐵路 2507.53 公里，七五期間修建了 2787.10 公里，八五期間修建了 3012.21 公里，九五期間修建了4783.77 公里，而且還勝利建成了我國第一條時速 200 公里的廣深準(zhǔn)高速電氣化鐵路，建設(shè)速度一年比一年快，建設(shè)規(guī)模也一年比一年大。十五期間，我國電氣化鐵路建設(shè)進(jìn)一步加快。2001 年一年就建成了電氣化鐵路 2652.40 公里，如果加上株六鐵路復(fù)線婁底至六盤水段 873 公里和廣深鐵路第三線 140 公里，建成的電氣化鐵路里程達(dá) 3665.40 公里，建設(shè)速度創(chuàng)造了世界電氣化鐵路

11、建設(shè)史上的最高紀(jì)錄。2002 年又建成了電氣化鐵路 1193.12 公里，還建成了我國第一條快速客運(yùn)專線-秦沈電氣化鐵路。截止到 2002 年底，我國已建成了 41 條電氣化鐵路干（支）線，電氣 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 2 頁化鐵路建設(shè)里程達(dá)到了 18615.73 公里（營業(yè)里程為 18115.1 公里） ，已經(jīng)超過了日本、印度，躍居亞洲第一位，世界第三位，成為世界電氣化鐵路大國。 從 2001 年起，我國開始實(shí)施第十個五年計劃。在十五期間，我國鐵路的發(fā)展重點(diǎn)是，加強(qiáng)路網(wǎng)主通道建設(shè)，加快西部鐵路發(fā)展，繼續(xù)實(shí)施提速戰(zhàn)略，適當(dāng)建設(shè)高速鐵路，利用新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)主要是加強(qiáng)對

12、既有線改造力度，加快鐵路電氣化改造進(jìn)程，以適應(yīng)國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整需要。鐵路電氣化建設(shè)與以往不同的是注重聯(lián)網(wǎng)效益，要成網(wǎng)、成片考慮，以充分發(fā)揮電力牽引拉得多，跑得快的潛力，較大幅度地提高鐵路的運(yùn)輸能力。到 2010 年，我國的 5 條主要繁忙長大干線-京哈線、京廣線、京滬線、隴海線和滬杭浙贛線都將全線實(shí)現(xiàn)電氣化，八縱八橫 16 條主通道將有 12 條基本建成電氣化鐵路；還將建成京沈、京津、滬杭、長衡 4 條電氣化客運(yùn)專線；我國 6 個大區(qū)-西南、西北、華北、中南、東北和華東的電氣化鐵路將基本連接成網(wǎng)。我國第一條高速電氣化鐵路-京滬高速鐵路也將全面動工興建。到那時，我國鐵路的電氣化率預(yù)計將達(dá)到 34

13、.6%（約占國家鐵路營業(yè)里程的 40%以上） ，電氣化鐵路復(fù)線率將增加到68.9%，電氣化鐵路承擔(dān)的客貨運(yùn)量將占鐵路總運(yùn)量的 65%以上。上述 5 條長大干線的旅客列車運(yùn)行速度將普遍達(dá)到每小時 140-160 公里，而京沈、廣深、京津、滬杭、長衡等快速客運(yùn)專線的旅客列車運(yùn)行速度將達(dá)到每小時 200 公里。京滬高速鐵路的旅客列車運(yùn)行速度將達(dá)到每小時 250-300 公里；我國幾條主要繁忙干線的貨物列車載重量將普遍達(dá)到 4000-5000 噸，而大秦和朔黃兩條運(yùn)煤專線的載重量將突破一萬噸。電氣化鐵路的各項主要運(yùn)營指標(biāo)，如輸送能力和通過能力、列車運(yùn)行速度和列車平均總重量、電力機(jī)車的日車公里和日產(chǎn)量等

14、都進(jìn)入世界先進(jìn)行列。我國的電氣化鐵路正向著高速、安全、舒適的方向發(fā)展。1.2 課題研究背景全國供用電規(guī)則中規(guī)定：無功電力應(yīng)就地補(bǔ)償。用戶應(yīng)在提高用電自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計和裝設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備，并做到隨負(fù)荷和電壓變動及時投入或切除，防止無功電力倒送。高壓供電的工業(yè)用戶，功率因數(shù)應(yīng)為0.90以上。我國電氣化鐵道電力牽引負(fù)荷對電力系統(tǒng)的影響，主要表現(xiàn)在功率因數(shù)、負(fù)序 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 3 頁及高次諧波上。目前，對高次諧波的影響進(jìn)行了較深入的研究，并提出了一些消除高次諧波影響的方法，如有源濾波法和無源濾波法等。電鐵負(fù)序?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的影響隨著系統(tǒng)容量的增大以及各牽引變電所采用輪換接線的方

15、式，基本消除了。提高功率因數(shù)的一條有效途徑是裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置。本篇文章針對原綿陽供電段幾個牽引變電所并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，因電壓、電流互感器接地問題，而引起的保護(hù)裝置誤動，闡述了發(fā)生的原因以及改進(jìn)的方法。1994年江油牽引變電所差流保護(hù)動作，經(jīng)我們檢查和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的一、二次設(shè)備均正常，后經(jīng)分析認(rèn)為，保護(hù)誤動是由于電流互感器二次側(cè)出現(xiàn)兩點(diǎn)接地，從而導(dǎo)致差流保護(hù)的誤動。1996年大爐山、沙溪壩牽引變電所并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，差壓保護(hù)多次發(fā)生動作，我們檢查和試隨后經(jīng)過分析討論，認(rèn)為是因?yàn)椴⒙?lián)電容裝置中電壓的接地不是直接接地，而是通過放電間隙接地，從而發(fā)生差壓保護(hù)誤動。以上實(shí)例說明，過去牽引變

16、電所并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置存在著很大的缺陷，嚴(yán)重影響電氣化鐵路的可靠運(yùn)行。隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國電氣化鐵路發(fā)展迅猛，因而目前當(dāng)務(wù)之急就是解決這一問題。從我國鐵路運(yùn)多年營實(shí)踐表明，電氣化鐵道電力牽引與其它牽引方式相比較，具有不可比擬的優(yōu)越性。山區(qū)鐵路，電力牽引是一種比較理想的牽引動力。而我國山區(qū)較多，特別是在西部地區(qū)，目前在西部鐵路主要是電力牽引。牽引負(fù)荷電流變化范圍大，負(fù)荷電流相位角的角度與線路上機(jī)車數(shù)量和狀態(tài)有關(guān)，是不斷變化的，而電力機(jī)車電流的相位角為250400，所以，牽引網(wǎng)的功率因數(shù)較低，一般正常負(fù)荷情況下在0.8左右。牽引網(wǎng)供電的對象是整流型電力機(jī)車，負(fù)荷電流非正弦的，是一個諧波源，三

17、次諧波含有量最高為20左右。由于功率因數(shù)低，無功負(fù)荷增大，不僅電壓質(zhì)量下降，線路損失增加，同時還使供電設(shè)備不能充分發(fā)揮能力。 我國普遍采用在電氣化鐵道牽引變電所27.5kv母線上安裝并聯(lián)電容補(bǔ)償或并聯(lián)電容高次諧波濾波裝置的方法，一方面，將牽引網(wǎng)的功率因數(shù)提高到0.95左右，另一方面，吸收高次諧波改善電流波形，提高網(wǎng)壓，降低牽引供電系統(tǒng)及供電設(shè)備的影響。不論是解決無功補(bǔ)償問題還是解決高次諧波問題，都是采取用電容電抗串聯(lián) 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 4 頁回路構(gòu)成的電容器組，并聯(lián)到牽引供電網(wǎng)上的方式。并聯(lián)電容電抗回路的繼電保護(hù)一般用電流速斷、差流保護(hù)、差壓保護(hù)作為主保護(hù)，過電流保護(hù)作為輔助保

18、護(hù)。根據(jù)多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，我們知道差壓、差流保護(hù)裝置的接地將影響保護(hù)的可靠性。為此，對差壓保護(hù)的接地問題進(jìn)行探討。 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 5 頁第 2 章 牽引供電系統(tǒng)的特性為適合牽引供電系統(tǒng)高電壓、大電流的電氣化鐵路用電要求，我國西南地區(qū)牽引變電所的主變壓器的主接線為 Y/11，牽引負(fù)荷為單相負(fù)荷，三相牽引變壓器只供三相牽引變壓器只供兩單相牽引負(fù)荷，即將三相交流電變?yōu)閮蓚€單相交流電供電，這樣就增大了電力系統(tǒng)的不平衡度。目前牽引變電所逐步采用阻抗平衡牽引變壓器，并輪換電源進(jìn)線相序，以減少對電力系統(tǒng)的不對稱影響。1 1、牽引供電系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)簡單、成本和維修量小的直接供電方式（見圖、牽引供

19、電系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)簡單、成本和維修量小的直接供電方式（見圖 2-12-1）牽引變電所通過接觸網(wǎng)、電力機(jī)車、鋼軌（大地）向電力供電。這種供電方式的特點(diǎn)是：鋼軌和大地?fù)?dān)負(fù)了回流導(dǎo)線的任務(wù)，任意點(diǎn)鋼軌內(nèi)的電流是由感應(yīng)分量和傳導(dǎo)電流分量組成，對鐵路沿線的通訊線路干擾大。為了減少對通信線路的干撓，近年來部分線路，采用加裝架空回流線的直接供電方式。 2 2、牽引負(fù)荷隨機(jī)波動大、牽引負(fù)荷隨機(jī)波動大擔(dān)負(fù)向電氣化鐵道供電任務(wù)的牽引變電所，每天 24 小時內(nèi)之負(fù)荷電流，由于不同時間列車運(yùn)行對數(shù)不同，運(yùn)行過程中的加速、恒速、惰行、制動等變化，列車行進(jìn)線路條件不同,有時是零或很小，有時又很大，超過額定電流的一、兩倍。在接

20、觸網(wǎng)電壓下空載投入電力機(jī)車變壓器時將產(chǎn)生勵磁涌流，涌流的幅值可達(dá)500600A。特別是當(dāng)接觸網(wǎng)突然斷電，機(jī)車失電，而后由自動重合閘動作將饋線斷路器QB-牽引變電所 acs-接觸網(wǎng) G-鋼軌 D-大地 RT-吸上線QBacsGDRT圖 2-1 直接供電示意圖 西南交通大學(xué)成人專科畢業(yè)論文 第 6 頁重新投入時，牽引網(wǎng)饋線電流將達(dá)到很高的數(shù)值。即牽引負(fù)荷隨機(jī)變化率（變化范圍為 0 到 600800A）很大。3 3、牽引負(fù)荷是非線性負(fù)載、牽引負(fù)荷是非線性負(fù)載現(xiàn)行的 SS3 型電力機(jī)車為交直（ACDC）型，即將交流電經(jīng)全波整流這一非線性過程得到直流電，供直流牽引電動機(jī)。牽引負(fù)荷電流是非正弦波，正常運(yùn)行

21、時，牽引網(wǎng)電流典型的波形如圖 2-2，一般介于方波與三角波之間。顯而易見它們含有高次諧波，而且是半波對稱的波形，因此它只有奇次高次諧波。在采用整流式電力機(jī)車的單相交流電氣化鐵道上功率因數(shù)低，無功負(fù)荷增大，線路損失增加，同時還使供電設(shè)備不能充分發(fā)揮能力，牽引負(fù)荷的諧波具有幅值波動大、相位分布廣泛的特點(diǎn)。從所周知，對于 3、5、7 次濾波器來說，在系統(tǒng)額定頻率下，其回路串聯(lián)諧振點(diǎn)分別為 30.111，5=0.04，7=0.02。如系統(tǒng)頻率下滑，則濾波回路將呈容性，與系統(tǒng)感性阻抗形成某次諧波的諧振。因運(yùn)行和生產(chǎn)制造誤差而使電容與電感參數(shù)變化，也可能出現(xiàn)上述現(xiàn)象。為了避免濾波回路出現(xiàn)容性，我們可以在取

22、定的頻率范圍內(nèi)（計及系統(tǒng)頻率變化以及運(yùn)行和制造誤差造成的參數(shù)）對濾波裝置進(jìn)行偏調(diào)設(shè)計在電容器回路中串聯(lián)電抗器，保證濾波回路或并聯(lián)電容補(bǔ)償回路，在運(yùn)行中對各高次諧波始終有感性成份存在的狀態(tài)，防止高次諧波諧振。4 4、牽引供電系統(tǒng)具有單相獨(dú)立性和不對稱性、牽引供電系統(tǒng)具有單相獨(dú)立性和不對稱性三相牽引變電所都是將 110kv 三相交流電變?yōu)?27.5kv 兩相交流電,兩相（異相）單獨(dú)向兩邊供電臂供電，一條饋線負(fù)荷可能在另一條饋線上引起電壓損失而影響其電壓水平，在正常網(wǎng)壓范圍內(nèi)，由于機(jī)車自身的調(diào)節(jié)功能，其取流受另一饋線造成的影響甚微，牽引變電所各供電臂的取流具有獨(dú)立性，是隨機(jī)波動的。相對三相電力系統(tǒng)而

23、言，牽引負(fù)荷具有不對稱性。對于不對稱電路，可以利用對稱分量法將電壓、電流分解為正序、負(fù)序和零序三個量。即：圖 2-2 整流型機(jī)車電流波形 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 7 頁UA=U1+U2+U0UB=a2U1+aU2+U0UC=aU1+a2U2+U0IA=I1+I2+I0IB=a2I1+aI2+I0IC=aU1+a2U2+U0式中 a=ej120，U1、U2、U0、I1、I2、I0 分別為正序、負(fù)序和零序電壓、電流。因?yàn)?a2a10，所以，在牽引網(wǎng)無接地故障情況下，零序電流、零序電壓為零。因此主要是負(fù)序分量。單相獨(dú)立的牽引負(fù)荷也獨(dú)立地在電力系統(tǒng)中造成負(fù)序，即使采用三相兩相平衡接線，由于兩

24、臂負(fù)荷的隨機(jī)性，也仍有隨機(jī)波動的剩余負(fù)序電流進(jìn)入電力系統(tǒng)。當(dāng)兩牽引負(fù)荷大小不等時，無論采用何種接線方式的牽引變壓器均不能自行徹底消除負(fù)序（電流或負(fù)序功率） ，即此時恒有剩余負(fù)序電流存在。 由于兩臂負(fù)荷的隨機(jī)獨(dú)立性，即使是阻抗平衡變壓器仍有隨機(jī)波動的未被平衡的剩余負(fù)序電流通過牽引變電所進(jìn)入電力系統(tǒng)，在電力系統(tǒng)中造成負(fù)序電流。寶成線開行的重載大列，負(fù)序電流將直接影響電力網(wǎng)的安全運(yùn)行。5 5、Y/Y/變壓器各繞組中分布的高次諧波電流變壓器各繞組中分布的高次諧波電流根據(jù)江油變電所安裝濾波裝置后的實(shí)踐，說明電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)高次諧波電流在牽引變壓器繞組中的分布，Y/11 流器繞組中接線牽引變壓器負(fù)荷

25、側(cè)等效電流及諧波電流的分布如圖 2-3 所示。諧波電在變壓的分布情況是不相同的。用1/3ba1/3ab1/3ar 1 /3br ar 1/3an 1/3bnan abc圖 2-3 高次諧波電流在 Y/11 牽引變壓器繞組中的分布 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 8 頁通常電力系統(tǒng)三相對稱負(fù)荷的諧波相位計算，則有：對于三次諧波繞組中電流為：Iac3=2/3Ia3+1/3Ib3Iab3= 1/3Ia3 1/3Ib3Iac3= 1/3Ia3 +2/3Ib3對于五次諧波繞組中電流為：Iac5= 2/3Ia5 +1/3Ib5 ej120 Iab5= 1/3Ia5 1/3Ib5 ej120Iac5= 1

26、/3Ia5 +2/3Ib5 ej120 對于七次諧波繞組中電流為：Iac7= 2/3Ia7 +1/3Ib7e-j120 Iab5= 1/3Ia7 1/3Ib7e-j120Iac5= 1/3Ia7 +2/3Ib7e-j120 因此在進(jìn)行濾波校驗(yàn)時，不得不考慮 ab 相上的諧波電流是否超過標(biāo)準(zhǔn)。 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 9 頁第 3 章 并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置3.1 并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置問題的提出通過上面的討論，我們知道在采用整流型電力機(jī)車的交流電氣化鐵道上，牽引負(fù)荷功率低（無功功率大） ，諧波含量多，其單相獨(dú)立性又通過牽引變電所向電力系統(tǒng)提供負(fù)荷電流，以及通過牽引供電系統(tǒng)對鄰近通訊線路感應(yīng)干擾等

27、，整個線路呈感性負(fù)載。牽引供電系統(tǒng)所需的感性無功功率，通過三相系統(tǒng)供給時，一方面引起電壓損失，降低網(wǎng)壓水平，別一方面產(chǎn)生附加功率損失（有功網(wǎng)損）并額外占有三相系統(tǒng)的設(shè)備容量，使設(shè)備利用率下降，而負(fù)序功率將引起負(fù)序電壓、不對稱的電壓損失，也附加功率損失（負(fù)序有功網(wǎng)損）和額外占有三相系統(tǒng)的設(shè)備容量，降低設(shè)備利用率。此外，負(fù)序電流和由此引起的負(fù)序電壓會使發(fā)電機(jī)和電動機(jī)出力下降，負(fù)序電流過大時還會危急發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。單相牽引負(fù)荷在三相電力系統(tǒng)里引起的不對稱電流，導(dǎo)致了三相電壓的不對稱，結(jié)果使電能損失增大。因此降低不對稱度，將使電力牽引系統(tǒng)電氣指標(biāo)得到改善。決定不對稱的負(fù)序電壓為：UAI2（RLjXL

28、）式中 RL、XL 分別為變壓器和牽引網(wǎng)的相電阻和相電抗。接入單相、兩相和三相的并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置（含相容量不等的）可以降低或者甚至安全能補(bǔ)償負(fù)序電流，從而也降低了電壓不對稱。投入并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置不僅降低了 27.5kv 母線上電壓的不對稱，同時也降低了變壓器繞組和 110kV 進(jìn)線上的不對稱。根據(jù)超前相和滯后相供電臂的最大負(fù)荷電流分析。如果超前相電流大于滯后相電流，則需將并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置接入超前相和滯后相；如果兩供電臂負(fù)荷電流近似相等，則僅在滯后相接入并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置就夠了。27.5 kV 母線上電壓的不對稱，很大程度上取決于牽引變電所變壓器的阻抗。而 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 10

29、頁該阻抗一般大于牽引供電線路的阻抗，此外牽引變電所的進(jìn)線在相位上輪換的接入傳輸線，變電所 110kV（220kV）母線上的電壓對稱改善了一些。牽引變電所重負(fù)荷相依次輪換時，如果只在個別變電所投入并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，則可能減小也可能增大其他變電所一次和二次的電壓不對稱。此時，不對稱變化的特點(diǎn)與接入輸電線牽引變電所的數(shù)目、變電所裝設(shè)并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的情況以及傳輸線的供電方式（單邊或雙邊）有關(guān)。考慮到變電所重負(fù)荷相輪換接于傳輸線這種情況，可以利用負(fù)序電壓拓?fù)鋱D來近似估算電氣化區(qū)段不同數(shù)目的變電所不對稱。并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置可安裝在牽引變電所和牽引網(wǎng)上任一點(diǎn)，同樣也安裝在電力機(jī)車上。我國向電氣化鐵道供電的牽

30、引變電所，采取在 27.5kv 母線上安裝固定的高壓并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的技術(shù)措施，綜合解決功率因數(shù)低、負(fù)序電流、諧波等對電力系統(tǒng)的不良影響。3.2 電容電抗串聯(lián)濾波回路前面我們已講過，在并聯(lián)補(bǔ)償電容器中，如果電容器回路中不串聯(lián)或并聯(lián)電抗器，直接并聯(lián)接入 27.5kv 母線上，它有極大的可能與系統(tǒng)中感性阻抗負(fù)載，在某次諧波下發(fā)生高次諧波振蕩。眾所周知，對于 3、5、7 次濾波器來說，在系統(tǒng)額定頻率下，其回路串聯(lián)諧振點(diǎn)分別為 3=0.111、5=0.04、7=0.02。如系統(tǒng)頻率下滑（負(fù)偏差） ，則濾波回路將呈容性，與系統(tǒng)感性阻抗形成某次諧波的諧振。因運(yùn)行和生產(chǎn)制造誤差而使電容與電感參數(shù)變化，也可能

31、出現(xiàn)上述現(xiàn)象。為了避免濾波回路出現(xiàn)容性，我們可以在取定的頻率范圍內(nèi)（計及系統(tǒng)頻率變化以及運(yùn)行和制造誤差造成的參數(shù)變化）對濾波裝置進(jìn)行偏調(diào)設(shè)計，保證濾波回路在運(yùn)行中對本次諧波始終處于感性狀態(tài)。系統(tǒng)頻率負(fù)偏時，濾波器應(yīng)正偏調(diào)。為了到達(dá)這一目的，在回路中串聯(lián)電阻或在電抗器旁并接電阻兩種方法串接阻尼濾波器。3.3 并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置主要是用來補(bǔ)償牽引網(wǎng)的無功功率。并聯(lián)補(bǔ)償對無功、負(fù)序的綜合補(bǔ)償以盡可能地改善技術(shù)指標(biāo)為基礎(chǔ)，降低網(wǎng)損和額外占有的設(shè)備容量及提 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 11 頁高系統(tǒng)設(shè)備電力輸送能力來取得經(jīng)濟(jì)效益，但卻以自身高投入為代價。當(dāng)并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置安裝在牽引變

32、電所時，在變壓器和供電線路電阻的平均有功功率損失要減小。KC1實(shí)踐證明：若已知原功率因數(shù)為COS 0和補(bǔ)償后的功率因數(shù)COS C （COS C 可按電力部門提出的要求或計算的經(jīng)濟(jì)功率因數(shù)確定） ，并聯(lián)電容補(bǔ)償度KC，當(dāng)KC為上式時， 并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置對變電所的無功補(bǔ)償（提高功率因數(shù)）效果完備。3.4 確定并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置安裝容量由實(shí)際并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)娜菪詿o功出力總和QC按下式計算：QCP（ ）公式： P負(fù)荷有功功率； COS20補(bǔ)償前負(fù)荷的功率因數(shù)； COS2C補(bǔ)償后負(fù)荷的功率因數(shù)。COS2C值可按無功補(bǔ)償KC要求確定。P值的選定對補(bǔ)償大小影響很大。電力部門提出牽引網(wǎng)并聯(lián)補(bǔ)償容量要以最大負(fù)荷時有

33、功功率作為計算條件。由于機(jī)車沿區(qū)段運(yùn)行時，牽引負(fù)荷起伏變化很大，按瞬時出現(xiàn)的最大負(fù)荷來計算補(bǔ)償容量顯然是偏大的，技術(shù)經(jīng)濟(jì)上不盡合理。而鐵路部門提出以月平均有功功率作為計算條件，據(jù)此計算出的補(bǔ)償容量是偏低的。采用小時平均最大有功功率為計算條件是較為適宜的，其選取方法視運(yùn)行中的變電所和設(shè)計中的變電所而不同。對于運(yùn)行中的變電所，可根據(jù)歷年的運(yùn)行統(tǒng)計資料，選取數(shù)個大小不同的小時平均最大有功功率進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最后選定計算并聯(lián)電容補(bǔ)償電容容量的P值。對于設(shè)計中的變電所，在確定的牽引定數(shù)的條件下，小時平均最大有功功率按線路最大通過能力確定?？紤]到電容器實(shí)際電壓低于額定電壓而影響無功出力以及電抗器串COS

34、2C1COS201 1COS201 1COS2C1 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 12 頁在電容器回路中還要消耗一部份無功，電容補(bǔ)償裝置的最終計算容量Q/C計 應(yīng)為： UmeQ/C 計QC 計（1）（Uce）2 式中： Ume牽引母線額定電壓； Uce電容器組額定電壓。 令 K（ 1 ）（ Ume ）2 Uce Q/C計QC計K根據(jù)Q/C計、單臺電容器參數(shù)以及保護(hù)的要求，最終確定電容器的安裝容量，即電容器的串、并聯(lián)（n、m數(shù)） 。應(yīng)當(dāng)指出，變電所無功計度方式（反轉(zhuǎn)反計、把轉(zhuǎn)正計、反轉(zhuǎn)不計）對變電所補(bǔ)償后的功率因數(shù)計算影響很大，因此在容量計算中要充分考慮到這一問題。3.5 電容補(bǔ)償對負(fù)序電流

35、與電壓的補(bǔ)償功能不論是并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置還是濾波裝置，都是并聯(lián)電容裝置。對基波來說都能起到無功補(bǔ)償?shù)淖饔茫瑫r也能對養(yǎng)活負(fù)序電流和提高電壓水平起到良好的作用，這就是它們的共同點(diǎn)?，F(xiàn)在讓我們來探討一下，如何使并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置更好發(fā)揮綜合補(bǔ)償功能。單相牽引負(fù)荷在三相系統(tǒng)中產(chǎn)生負(fù)序電流，使三相有功功率 與無功功率的分配極不平衡。同樣將電容裝置集中在一相上或不對稱的分散安裝在兩相或三相上，它也會使三相系統(tǒng)的有功功率與無功功率分配不平衡。但不難證明，此時三相有功功率之和恒等于零，而三相無功功率恒等于電容補(bǔ)償容量。這就是說，從三相系統(tǒng)來看，三相系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)亩嗌僦慌c牽引系統(tǒng)總的電容補(bǔ)償容量有關(guān)，而與總?cè)萘吭?/p>

36、各相分配的比例多少無關(guān)。如果我們在總電容補(bǔ)償容量不變的情況下，將總?cè)萘堪床煌壤渲靡幌嗷騼上唷⑷嗌?，使不對稱的電容負(fù)荷在三相系統(tǒng)中產(chǎn)生的負(fù)序電流盡量抵消牽引負(fù)荷在三相系統(tǒng)中產(chǎn)生的負(fù)序電流，這樣既滿足了無功補(bǔ)償?shù)囊?，同時也能起到減少負(fù)序電流的作用?；谶@一思路，在分析了牽引負(fù)荷與電容負(fù)荷的負(fù)序電流向量圖后，可以得出如下三點(diǎn)結(jié)論： 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 13 頁 如超前相與滯后相牽引負(fù)荷基本相等，并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置宜安裝在滯后相上。 如超前相為重負(fù)荷臂，并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置宜分散安裝在滯后相與超前相上，且滯后相上的電容容量要大于超前相。 如滯后相為重負(fù)荷臂，并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置宜分散安裝在

37、滯后相與自由相上，且滯后相上的電容容量要大于自由相。綜上所述，不論是哪一種情況，在滯后相供電臂上安裝電容裝置總是對牽引負(fù)荷的負(fù)序電流具有良好的補(bǔ)償作用。超前相是否適當(dāng)安裝并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置要視負(fù)荷情況和其他技術(shù)要求（如吸收諧波、提高電壓水平）確定。但可以認(rèn)定，將并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置全部集中安裝在超前相上是絕對不可取的，牽引供電系統(tǒng)一般不考慮在自由相上安裝并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置。并聯(lián)電容裝置對提高網(wǎng)路電壓的作用也是明顯的，這是因?yàn)椴⒙?lián)電容補(bǔ)償裝置的容性負(fù)荷在網(wǎng)路上是一個電壓升。三相不對稱電容負(fù)荷在各相上形成的電壓升是不等的，如圖3-1所示，設(shè)超前相UA與滯后相UB分別接入并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，其電容電流相應(yīng)為i

38、ak與ibk，系uAuBiak-ibkibk2/3iakX1/3ibkXuc60uAuBiakibk2/3ibkX-1/3iakXuc60-iak超前相電壓升高向量圖滯后相電壓升高向量圖圖四 電壓升高向量圖 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 14 頁統(tǒng)與牽引變壓器感抗為X。以UA為基準(zhǔn)向量，將iak與ibk 分別在該相上的電壓升投影到基準(zhǔn)向量上，則可求得超前相電壓升值為：UK超前23IakX13IkXcos600 =13(2Iak+0.5Ibk)X同理，可得滯后相電壓升高值為：UK滯后13(0.5Iak+2Ibk)X從以上兩式可見，不論電容裝置是集中安裝在一相上，還是分散安裝在兩相上，對兩供電

39、臂電壓均能起到提高電壓的作用，只是對兩臂電壓提高和程度不一樣。當(dāng)并聯(lián)補(bǔ)償裝置集中安裝在一相上時，它對提高本相電壓與提高鄰相電壓之比為4:1。在牽引系統(tǒng)由于負(fù)荷不對稱，滯后相電壓多數(shù)情況低于超前相電壓。因此從提高電壓水平，減少電壓不對稱的角度看，將并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置集中安裝在滯后相上是最佳方案，分散安裝在兩相上次之，而集中安裝在引前相則安全不可取。這一結(jié)論與減少負(fù)電流是相一致的。從濾波角度看，供電臂上的電容裝置不僅能吸收本臂諧波源的高次諧波電流，同時還能吸收鄰臂、其它牽引變電所以及電力系統(tǒng)諧波電流。因此，在多諧波源的情況下，電容濾波裝置諧波吸收的多少不僅決定于本濾波裝置的參數(shù)，還決定于系統(tǒng)與變壓器

40、的參數(shù)以及各諧波源的相位關(guān)系。但是可以肯定，本臂電容濾波裝置主要是吸收本臂的諧波電流，而其它諧波源的諧波電流因流入該濾波裝置時，所遇到的諧波阻抗較大，故被吸收效果較差，請這一點(diǎn)已從現(xiàn)場運(yùn)行試驗(yàn)中得到了證實(shí)。因此，從吸收高次諧波電流來看，電容裝置宜安裝在兩相上。3.6 電容裝置投切的暫態(tài)分析為了正確地選用電容、電抗器，進(jìn)行電容裝置保護(hù)整定以及組織裝置運(yùn)行，研究電容裝置投切時的暫態(tài)過程是非常必要的。 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 15 頁 眾所周知，當(dāng)合閘角= 90時電容裝置上的涌流，電容器與電抗器上的過電壓達(dá)到最大值。對于3、5、7次單相單調(diào)諧電容裝置分別投入，其最大理論值如下表所示：表3-

41、1 3、5、7次單相單調(diào)諧電容最大理論值3 次回路5 次回路 7 次回路KiImax/I 穩(wěn)態(tài) 4 6 8Kuc=Ucmax/Uc 穩(wěn)態(tài) 2 2 2KuL=Ulmax/Ul 穩(wěn)態(tài) 10 26 50 根據(jù)理論公式推導(dǎo)，現(xiàn)場試驗(yàn)以及計算機(jī)仿真試驗(yàn)，對于多個單調(diào)諧電容裝各種組合投切方式，系統(tǒng)不同運(yùn)行方式以及供電臂有無牽引負(fù)荷等各種情況時的暫態(tài)過程進(jìn)行了分析，并得如下結(jié)論： 電容裝置合閘涌流、電容器與電抗器過電壓的實(shí)測值均小于上表所列理論值。電容器上的操作過電壓小于耐壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)（極間耐壓試驗(yàn)2.15Uce，雙極對殼耐壓試驗(yàn)3 Uce） ，因此不會對電容器造成危險。電抗器上的操作過電壓較高，它的絕緣耐壓

42、應(yīng)按電壓倍數(shù)的理論值考慮設(shè)計，即3次電抗器為10倍，5次電抗器為26倍，7次電抗器為50倍。 3、5、7次濾波裝置同時投入時的涌流略小于分別單獨(dú)投入各次濾波裝置的涌流，同時投入時電抗器上的電壓略小于單獨(dú)投入時的過電壓，而同時投入時電容器上的過電壓略大于單投時的過電壓。由于兩種投入方式下的涌流、操作過電壓不論是略大還是略小都差異不大（在5以下） ，故采用哪一種投入方式都是允許的。但為了減少設(shè)備，簡化操作，采用一組濾波電容裝置同時投入的方式較好。 當(dāng)牽引網(wǎng)上已有一個或一組電容裝置處于穩(wěn)態(tài)工作時投入另一個或一組電容裝置，二者均會產(chǎn)生涌流和過電壓。已處于穩(wěn)態(tài)工人我電容裝置的涌流和過電壓比牽引網(wǎng)無電容裝

43、置時單獨(dú)投一個或一組電容裝置所產(chǎn)生的涌流和過電壓小得多，而此時新投入的電容裝置的涌流遷電壓與后一種情況相差不大。因此可認(rèn)為在投入電容裝置時無需考慮有無其它電容裝置運(yùn)行。 在供電臂上有機(jī)車負(fù)荷的情況下投入電容裝置，其涌流比無負(fù)荷時投入略大，而過電壓則比負(fù)荷時投入大得多，特別是在電源與電力機(jī)車諧波分量引起的過電壓的峰值同向迭加時，因此建議在供電臂無負(fù)荷時投入電容補(bǔ)償。 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 16 頁 電容裝置切除時，斷路器在電流過零時斷流消弧。由于電容器極板電壓滯后電流900 ，故電容器仍處于充電狀態(tài)，其電壓值等于母線電壓幅度。并聯(lián)電容器上的電壓互感可用來放電，但放電時間較長。切除瞬間

44、母線電壓與電容器電壓相等且同號，經(jīng)14 周期，母線電壓過零后，與電容器電壓異號，斷路器觸頭之間的電壓逐步增大至12周期時，該值可達(dá)到母線電壓的兩倍。如該電壓超過觸頭間的絕緣水平，則斷路器發(fā)生重燃，這對電容器及其它設(shè)備將帶來危害。因此電容器裝置切除時，我們主要關(guān)注的是過電壓，而不是電流。為了安全可靠地切除電容裝置，主要采用高質(zhì)量的斷路器，并以200歐的無感電阻旁路電容裝置作為輔助措施。切除電容裝置的瞬間接入旁路電阻，使流過主斷路器的電流由純?nèi)菪噪娏髯優(yōu)樽枞菪噪娏鳌．?dāng)電流過零拍，可降低斷路器觸頭間的電壓，明顯改善斷路器的工作條件。3.7 一次與二次接線及設(shè)備在這里我們不準(zhǔn)備對一次與二次接續(xù)及設(shè)備作

45、全面闡述，只就一些重要問題作介紹。在現(xiàn)有變電所運(yùn)行的濾波形式的電容裝置，其電容器的技術(shù)條件是按無功補(bǔ)償?shù)囊筇岢?，電容器的富裕容量用來吸收部份濾波電流，如要以濾波為主，提高諧波吸收能力，就要重新考慮電容器的技術(shù)條件。這里核心問題是額定電壓的選擇以及允許使用電壓、電流倍數(shù)和短時過負(fù)荷能力的確定。當(dāng)電容器選用較高額定電壓時，無功出力減少，留給吸收高次諧波的剩余容量就大。而選用較低額定電壓時，無功出力高，留給吸收高次諧波的剩余容量就小。因此從根本上來說，電容器額定電壓的選擇就是電容器基波無功容量和高次諧波容量分配的選擇。為了使電抗器在各種負(fù)荷，主要是大負(fù)荷情況下的電抗值保持常值。在電容裝置保護(hù)方面除

46、了通常采用的熔斷器保護(hù)、差壓保護(hù)、過流、速斷保護(hù)外，還應(yīng)著重介紹以下幾個保護(hù)：設(shè)置縱差流保護(hù)。該保護(hù)對電抗器、最末位電容器臺架主絕緣閃絡(luò)或擊穿以及上述設(shè)備短路具有極為重要的意義。在主要固定備用的變電所，為了防止當(dāng)一臺主變故障，另一臺主變和電容器裝置同時投入時，在電容器上產(chǎn)生過電壓，設(shè)置失壓保護(hù)是必要的。即在一臺主變故障切除后，而另一臺主變尚未投入運(yùn)行前將整個電容裝置斷開。電容裝置過負(fù)荷的主要原因是注入大量的諧波電流，特別是3次諧波電流。因此在濾波回路中要考慮設(shè) 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 17 頁置高次諧波過電流保護(hù)。 第 4 章 電容補(bǔ)償裝置差壓保護(hù)的接地4.1 電容補(bǔ)償裝置差壓保護(hù)的

47、接地的原理牽引變電所母線并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)牟顗罕Ｗo(hù)原理如圖4-1，圖中C1 和 C2 為兩組容量相等的電容器串接在27.5KV母線和地之間， 兩組電容器上的電壓經(jīng)電壓互感器1YH和2YH降壓（27.5KV10KV）后，經(jīng)611、621、620輸給差壓繼電器YJ。由于并聯(lián)補(bǔ)償電容器組投入時，電容器上的電壓可升高到額定電壓的1.5-1.7倍。當(dāng)電容器C1 和C2內(nèi)部發(fā)生故障時，兩組電容器上的電壓就不相等，U611和U621產(chǎn)生電壓差，差壓繼電器動作，給出跳閘信號，使電容器撤除運(yùn)行。圖4-1中620引線是差壓繼電器的公用線，經(jīng)JB放電間隙接地，XL是濾波電抗器。并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置及供電系統(tǒng)的參數(shù)對補(bǔ)償裝置

48、的涌流值影響很大。YJ27.5kv 母線1YH2YHC1C2XLJB611620621AXAX. 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 18 頁在并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置中裝有對三次諧波調(diào)諧的電抗器時，合閘電流與補(bǔ)償裝置額定電流之比不超過33.5倍。在沒有電抗器或電抗器在合閘瞬間不通過電阻就被放電器旁路時，合閘電流可達(dá)額定電流的1015倍，因此加裝圖4-1中的電抗器（XL） 。合閘電流的自由分量具有數(shù)值大和頻率高的特點(diǎn)，它在電抗器上產(chǎn)生高達(dá)810倍的過電壓。為防止出現(xiàn)這樣高的過電壓，補(bǔ)償裝置電路和接入足夠大的電阻,雖然操作過電壓會大大地降低，但這樣在電路中安裝大的電阻，必然會造成較大的能量損失。過去我們常

49、采用電阻器和火花間隙（放電器） ，組成的保護(hù)裝置旁路并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的電抗器，實(shí)現(xiàn)放電間隙旁路電路，達(dá)到降低電抗器電壓的目的。操作并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置時，暫態(tài)電流的頻率很高，從而使電抗器上的電壓升高，并引起保護(hù)裝置放電器動作。此時，電抗器被旁路，電阻器被接入到并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置回路，使回路電流減小，并使電壓降低。暫態(tài)過程結(jié)束后，火花間隙應(yīng)能可靠地和快速地熄滅流過旁路電阻器的電流所產(chǎn)生的電弧，該電流值在70A到700A這樣一個很寬的范圍變化。在小電流時，普通的雙斷口角隙放電器要0.6-1秒的時間內(nèi)才能熄滅電弧，這樣就可能會使電阻器過熱而發(fā)生故障。圖 4-1 并聯(lián)電容差壓保護(hù)原理圖L1L2LNC1C2C

50、NIO1IO2IONI0圖 4-2 電壓互感器一、二次繞組電容分布圖611620 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 19 頁圖4-2中，電壓互感器的二次側(cè)是通過放電間隙間接接地的，安裝放電間隙使用電壓互感器間接接地的設(shè)計理論依據(jù)現(xiàn)我們無法考究，它是與鐵道部頻發(fā)的牽引變電所運(yùn)行檢修規(guī)程第100條中所規(guī)定的“所有互感器二次回路均要有可靠的保護(hù)接地”相違背，給差壓保護(hù)的運(yùn)行造成如下問題。間隙僅零點(diǎn)幾毫米。這樣小的間隙，受安裝精度、檢修的影響，以及長期運(yùn)行后，間隙處氧化等，放電電壓誤差很大，有的超過600V也放電。為了計算放電間隙上的電壓，應(yīng)先計算出電壓互感器一、二次繞組之間的穿透電流（如圖4-2）

51、，穿透電流的大小決定于電壓互感器（YH）原次邊繞組的分布電容容抗與電壓互感器二次對地和二次電纜及負(fù)載的容抗，即：I0 式中：XCYH電壓互感器一、二次繞組的分布電容電抗； XCD電壓互感器二次繞組與控制電纜及差壓保護(hù)繼電器對地的分布電容容抗之和。 由于XCD遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于XCYH ，因此穿透電流可由下式?jīng)Q定： I0 即穿透僅與電壓互感器一、二次繞組的分布電容容抗和互感器上一次側(cè)的電壓有關(guān)。因?yàn)橛须妷夯ジ衅饕淮蝹?cè)的A端和X端對二次繞組的電壓是不相同的，1YH的A端為母線電壓U，X端和2YH的A端為（UUXL）2 （UXL為電抗器壓降） ，2YH的X端為UXL。為了便于計算，我們把電壓互感器繞組等分成n

52、段，如圖4-2所示。每段一、二次繞組之間的分布電容為CN ，其穿透電流I0為： Kn U XCYHX U XCYHXCDX 西南交通大學(xué)成人專科畢業(yè)論文 第 20 頁 I0 (UA-UAXK/N) K=1 因?yàn)?CYH/N 所以有： Kn I0 (UA-UAXK/N)CYH/N K=1 式中：CYH電壓互感器一、二次繞組的分布電容。將式展開得： Kn Kn I0 UACYHN- UAXCYHN2 K=1 K=1 式中的第一項為常數(shù)項，其值為：Kn UACYHN UACYHNUACYHN K=1所以： Kn UACYHNUACYH K=1 第二項為： Kn UAXCYHN CYH UAXCYHN

53、2（12N） K=1 UAXCYH（1N）N 2N2 UAXCYH 2N2 UAXCYH 2 西南交通大學(xué)成人專科畢業(yè)論文 第 21 頁當(dāng) N 趨于無窮大時，上式中第二項近似于零，于是有： Kn UAXCYH UAXCYHN CYH 2 K=1 將、兩式代入 式得： I0（UAUAX2）CYH 原綿陽供電段曾對該段的江油變電所JDJ2-35電壓互感器，進(jìn)行了測試和計算。JDJ235電壓互感器的一、二次繞組間的分布電容為226 F，各組電容器中電流、電容器兩端的電壓和電容、電抗的參數(shù)見表4-1，其中穿透電流是由式計算出兩臺電壓互感器穿透電流之和。I0經(jīng)電壓互感器二次繞組對地分布電容CYH20,控

54、制電纜對地分布電容CK0,差壓繼電器對地分布電容CYJ0形成壓降,見圖4-3所示:表4-1 電壓互感器穿透電流計算值名 稱C1C2(f)電感電抗()電容電流(A)電抗壓降(kV)UA1(kV)UAX1(kV)UA2(kV)UAX2(kV)穿透電流(mA)A 相三次B 相三次B 相五次5.44.732.7697849.657.650.426.64.03.901.3230.030.130.117.017.015.6813.013.114.3617.017.015.681.8521.8592.038圖 4-3 電壓互感器二次側(cè)對地電容分布圖CYH20CL0CYJ0 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第

55、22 頁該壓降即為放電間隙上的電壓,其值為: UJB0 =I0 根據(jù)實(shí)際測量，電壓互感器的二次對地分布電容為384F ，控制電纜的620、621和611三芯對地的分布電容230F 。差壓保護(hù)繼電器對地分布電容為295F 。計算和實(shí)測放電間隙兩端電壓見表4-2，由表4-2可看出，實(shí)測U620對地電壓高達(dá)560V， 由于理論計算中沒有考慮二次回路的絕緣電阻，因此計算對地電壓略大于實(shí)測對地電壓。表4-2 對地間隙接地時電壓二次對地電壓計算和實(shí)測值將A、B兩相三、五次差壓保護(hù)的放電間隙短接后，測量各點(diǎn)電壓見表4-3：表4-3 A、B兩相三、五次差壓保護(hù)的放電間隙短接各點(diǎn)電壓實(shí)測值名 稱實(shí) 測 電 壓

56、（V）實(shí) 測 電 壓 （V）名稱電纜長(m)計算電壓（V）620地 621地 611地 620 621620 611621611A 相三次B 相三次B 相五次5050434844866144484405603873805053873845046262576262570.500 1(CYH20+CL0+CYJ0) 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 23 頁620地621地611地620621620611621611A 相三次B 相三次B 相五次5.73.63.7665762.2665762.26156.361.66056.361.60.200由表4-2和表4-3可以看出，短接放電間隙后，電壓互感

57、器二次側(cè)對地電壓大大降低，其中620引線因在兩電壓互感器二次連線處直接對地短接，僅有電纜的幾伏感應(yīng)電壓，621與611之間的差壓也與短接前一樣是平衡的，621和611對地電壓均為電壓互感器二次輸出電壓。4.2 電壓升高對繼電器保護(hù)的影響由于電壓互感器二次側(cè)沒有直接接地，造成二次側(cè)對地電壓升高，其值達(dá)到額定電壓的4倍以上，使二次設(shè)備工作相當(dāng)不可靠，特別是晶體管和繼成電路組成的差壓保護(hù)繼電器更為明顯，往往造成差壓保護(hù)誤動。例如原綿陽供電段在沙溪壩、馬角壩、江油、羅江牽引變電所的電容差壓保護(hù)中，不得不將差壓保護(hù)輸入電壓變換器抗干擾用的屏蔽層接地點(diǎn)甩掉（圖八） ，以增加電壓變換器一、二次的絕緣，否則一

58、投入電W1W2屏蔽層圖 4-4 屏蔽層接地 西南交通大學(xué)成人專科畢業(yè)論文 第 24 頁容器差壓保護(hù)就要動作，即使這樣在運(yùn)行中差壓保護(hù)也要經(jīng)常誤動。綿陽供電段在運(yùn)行中已有5套差壓保護(hù)還出現(xiàn)軟故障，而不能正常投入并聯(lián)補(bǔ)償電容運(yùn)行，即在實(shí)驗(yàn)室測量差壓繼電器各電位均正常，在現(xiàn)場一投入電容器時，差壓保護(hù)就動作，必須更換新的差壓繼電器后電容器才能正常投入運(yùn)行。原綿陽供電段沙溪壩變電所發(fā)生B相差壓保護(hù)動作，電容器退出運(yùn)行，且不能復(fù)歸，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)電容器組正常，后將差壓繼電器在實(shí)驗(yàn)室檢查處理合格后，仍不能投入運(yùn)行。我們將620引線直接對地短接，電容器組就能正常投入運(yùn)行。后來在春季設(shè)備年檢中，又發(fā)現(xiàn)A相電容器組的

59、放電間隙已對地?fù)舸┒搪罚髮⒎烹婇g隙取消，將620引線直接對地短接。沙溪壩牽引變電所兩電容器組運(yùn)行一年，均工作正常，因此后來綿陽供電段將各牽引變電所電容補(bǔ)償電壓互感器二次側(cè)的放電間隙全部對地短接，使電壓互感器二次側(cè)可靠接地，短接后各電容器組均運(yùn)行正常。由于電容器組差壓保護(hù)經(jīng)常出現(xiàn)誤動，很容易造成對設(shè)備故障的誤判斷。如1995年6月，大爐山變電所A相電容器組發(fā)生差壓保護(hù)動作跳閘，我們按照以往差壓保護(hù)誤動的經(jīng)驗(yàn)，在繼電保護(hù)人員檢驗(yàn)差壓繼電保護(hù)裝置無故障，變電所檢查電容器組無異?，F(xiàn)象后，A相電容組立即投入運(yùn)行，兩天后，在設(shè)備年檢中發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)電流互感器有匝間短路現(xiàn)象，及時更換電流互感器。一個小小的放電

60、間隙，造成電壓互感器二次側(cè)間接接地，不僅違背了電壓互感器二次側(cè)必須接地的規(guī)定，而且造成差壓保護(hù)設(shè)備工作極不可靠，給運(yùn)行檢修帶來許多困難。 西南交通大學(xué)成人?？飘厴I(yè)論文 第 25 頁第 5 章 降壓隨機(jī)電容補(bǔ)償裝置我們知道牽引電流變化很大，而牽引變電所27.5kv母線上，并聯(lián)固定的高壓電容補(bǔ)償方式。從上面討論可知并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)碾娙萘渴且欢ǖ?，?dāng)牽引負(fù)荷較小或?yàn)榱銜r，電容補(bǔ)償補(bǔ)償裝置向電力系統(tǒng)發(fā)送無功（過補(bǔ)償） ，當(dāng)牽引網(wǎng)大負(fù)荷時，又出現(xiàn)補(bǔ)償不足，牽引變電所無功量又采用有功電度表900接線方式的無功計量方式，即吸收無功時，電度表正轉(zhuǎn)；向電力系統(tǒng)回送無功時，電度表又反轉(zhuǎn)。電力系統(tǒng)為了盡量限制各用戶向