HXD機(jī)車高壓電壓互感器故障分析及其改進(jìn)與防范（唐山學(xué)院電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)高質(zhì)量本科論文）

1、唐山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文HXD機(jī)車高壓電壓互感器故障分析及其改進(jìn)與防范 年 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文任務(wù)書班 級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 發(fā)題日期： 年 月 日 完成日期： 月 日題 目 HXD機(jī)車高壓電壓互感器的故障分析及其改進(jìn)，防范 1、本論文的目的、意義 隨著我國鐵路事業(yè)的開展，HXD型電力機(jī)車在鐵路上的應(yīng)用越來越廣泛，逐漸取代了韶山系列機(jī)車在鐵路運(yùn)輸也得位置。對(duì)HXD機(jī)車電壓互感器的探索對(duì)HXD型機(jī)車的開展有著至關(guān)重要的作用，對(duì)機(jī)車電壓互感器的工作原理進(jìn)行分析有助于進(jìn)一步了解機(jī)車的工作性能和優(yōu)勢?，F(xiàn)如今，HXD型電力機(jī)車的電壓互感器在設(shè)計(jì)上還存在缺陷，

2、對(duì)其工作時(shí)的故障進(jìn)行分析并提出改進(jìn)方法以及對(duì)故障的防范不但對(duì)電壓互感器本身的開展有益，同時(shí)為機(jī)車的正常運(yùn)行奠定了根底。 2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù) 1、查閱相關(guān)資料熟悉HXD機(jī)車電壓互感器的外部結(jié)構(gòu)，工作原理。 2、整理資料，分析出現(xiàn)有機(jī)車電壓互感器常見的故障原因，進(jìn)行整理和歸納。 3、對(duì)整理和歸納后的材料分析出故障原因，對(duì)其進(jìn)行整改，要做那些措施可以有效的排除故障，降低故障率 4、整理論文，標(biāo)準(zhǔn)格式。 5、 對(duì)論文進(jìn)行自習(xí)審讀，做好辯論準(zhǔn)備。 3、論文各局部內(nèi)容及時(shí)間分配：共 15 周第一局部 收集和整理論文相關(guān)材料 ( 2 周 ) 第三局部 閱讀資料，理出論文思路 ，列出提綱 ( 4 周 )第四

3、局部 根據(jù)提綱對(duì)論文進(jìn)行編寫，繪制波形，計(jì)算數(shù)據(jù) ( 4 周 ) 第五局部 論文排版、整改和審閱 ( 2 周 )評(píng)閱及辯論 2 周 論文整改 ( 1 周 )備 注 4、參考文獻(xiàn)： 2 和志文.?高次諧波過電壓對(duì)牽引變電設(shè)備的影響3 駱開源.?交流牽引傳動(dòng)技術(shù)根底?.唐山學(xué)院 4 王向東、王漢東.?HXD 6 曾佑恒、李長榮.? 7 摘要 目前成都鐵路局大力開展HXD型大功率機(jī)車，全國范圍內(nèi)成都局配屬的HXD型機(jī)車較多。但是由于是第一批投入使用HXD型機(jī)車的鐵路局。所以因?yàn)樗緳C(jī)對(duì)于HXD機(jī)車沒有完全的成熟掌握，或者是沒有掌握HXD型機(jī)車一些技術(shù)所以才會(huì)在操作中不能和平時(shí)一樣如魚得水。如果操作失誤

4、就會(huì)引發(fā)各種故障。機(jī)車經(jīng)常出現(xiàn)故障，如果不能自行處理而經(jīng)常返廠維修。那么不單本錢較高而且影響鐵路局的正常運(yùn)行任務(wù)。所以本片論文對(duì)于HXD型機(jī)車所使用的高壓電壓互感器進(jìn)行分故障分析才顯得有一定價(jià)值。在現(xiàn)場，高壓電壓互感器是常出現(xiàn)故障的器件，對(duì)其進(jìn)行維護(hù)檢修問題也很多。而且隨著機(jī)車的引進(jìn)和換代，電壓互感器并沒有跟上腳步，而是將以前直流機(jī)車所使用的電壓互感器用在HXD型機(jī)車上。所以本論文就對(duì)現(xiàn)有的電壓互感器作了相關(guān)地介紹，對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行列舉，然后根據(jù)電壓互感器經(jīng)常出現(xiàn)的故障作出分析，找出引發(fā)故障的原因，之后再根據(jù)之所以產(chǎn)生故障的原因提出改進(jìn)和防范措施。引進(jìn)HXD型機(jī)車后高壓互感器由于諧波產(chǎn)生的故障

5、頻繁發(fā)生。與韶山機(jī)車相比HXD機(jī)車功率等多個(gè)方面遠(yuǎn)強(qiáng)于韶山系列機(jī)車。所以對(duì)于互感器的要求也更高。所以會(huì)出現(xiàn)高次諧波難以濾除。諧波對(duì)電壓互感器的干擾十分嚴(yán)重，怎樣消除諧波也就成為一個(gè)研究的方向。有些故障是可以在其發(fā)生之前就可以根據(jù)檢測的手段進(jìn)行預(yù)防的，本文也對(duì)一些潛伏性的故障原因進(jìn)行了分析。而高壓電壓互感器的開展改進(jìn)也必須跟上整個(gè)機(jī)車開展的大趨勢。關(guān)鍵詞： 電壓互感器；HXD機(jī)車；高次諧波 AbstractCurrently HXD Chengdu Railway Bureau to develop high-power locomotives , nationwide Chengdu Bure

6、au of configuration HXD locomotive more . But because it is the first locomotive in use HXD Railway Bureau . So because the driver for HXD not completely mastered the locomotive or locomotives HXD not mastered some of the technical and so will not be in operation as usual like a duck . If the operat

7、ion would lead to all kinds of mistakes fault . Locomotive often fails, if you can not handle their own and often returned for repair . So not only high costs but also affect the normal operation of the task Railway Bureau . So the film paper for high voltage transformers used HXD locomotive failure

8、 analysis it appears to be of some value . In the field, high voltage transformer is a device failure often occurs , many of them also carry out maintenance and overhaul issues . And with the introduction and replacement locomotive , voltage transformers did not keep pace, but the DC locomotives pre

9、viously used voltage transformers used in the HXD locomotive . Therefore, this paper on the existing voltage transformers were related to introduction , enumerate its structure parameters and then analyzed according to the fault voltage transformer often to find out cause of failure after failure an

10、d then based on reason of the reasons for the improvement and preventive measures. After the introduction of high-voltage transformer HXD locomotive harmonic generation due to a fault occurs frequently . Compared with the Shaoshan locomotive locomotive power and other aspects of HXD far stronger tha

11、n Shaoshan series locomotives. Therefore, higher demands for transformers . So there will be difficult to filter out the higher harmonics . Harmonic interference voltage transformer is very serious , and how to eliminate harmonics has become a research direction . Some faults can be can be prevented

12、 before it occurs based on means testing , the paper also some latent causes of failure were analyzed. The development of an improved high voltage transformer must also keep up with the trend of the development of the whole locomotive .Key words Voltage transformer;HXD locomotive;Higher harmonics目 錄

13、第1章 緒論11.1 課題研究背景11.2 國內(nèi)外技術(shù)開展現(xiàn)狀21.3 本文研究思路2第2章電壓互感器以及常見故障3 參數(shù)3 結(jié)構(gòu)32.3 原理42.4 常見故障分析52.5 常見故障防范措施6本章小結(jié)6第3章 機(jī)車運(yùn)行時(shí)諧波測試73.1 諧波測試數(shù)據(jù)結(jié)論73.2 諧波測試波形圖12本章小結(jié)21第4章 諧波產(chǎn)生的因素及危害224.1 電網(wǎng)中諧波的產(chǎn)生因素224.2 再生制開工況時(shí)產(chǎn)生諧波的因素224.3 過電壓對(duì)供電系統(tǒng)的危害234.4 過電壓對(duì)電壓互感器的危害23本章小結(jié)24第5章 諧波治理255.1 降低諧波源的諧波含量255.2 濾波器濾波25 25 5.2.2 采用有源濾波器濾波27

14、5.2.3 加裝靜止無功補(bǔ)償裝置295.3 改善供電環(huán)境29本章小結(jié)29第6章 潛伏性故障的判斷及技術(shù)改進(jìn)306.1 電壓互感器潛伏性故障判斷306.2 電壓互感器技術(shù)改進(jìn)31 6.2.1 SF6 氣體絕緣31 6.2.2 電子式互感器31本章小結(jié)32總結(jié)33致謝34參考文獻(xiàn)35第1章 緒論電壓互感器和變壓器是用來變換線路上的電壓的輸變電設(shè)備，它們?cè)陔娏υO(shè)備中具有非常重要的地位。但是變壓器是用來傳送電能的，所以一般情況下容量很大。而電壓互感器是變換電壓的，所以容量很小。它主要用于測量線路的電壓，電流以計(jì)算輸電線路輸送的功率和電能，或者在線路上的貴重設(shè)備、電機(jī)和變壓器等發(fā)生故障時(shí)起到保護(hù)作用。電

15、力系統(tǒng)中說的過電壓一般是指外部過電壓和內(nèi)部過電壓。雷擊中輸電線路或者運(yùn)行設(shè)備，雷擊產(chǎn)生的高電壓就會(huì)進(jìn)入電力系統(tǒng)形成外部過電壓；而在電力系統(tǒng)中對(duì)斷路器的錯(cuò)誤操作或者斷路器發(fā)生故障都會(huì)將電網(wǎng)內(nèi)部的電磁能量轉(zhuǎn)化為過電壓并傳遞到電力系統(tǒng)中形成內(nèi)部過電壓。內(nèi)部過電壓特點(diǎn)是時(shí)間長、頻率高、頻譜寬，而外部過電壓相較內(nèi)部過電壓那么有幅值較高、波頭較陡等特點(diǎn)。近些年由于大力開展電力機(jī)車，機(jī)車功率的增大機(jī)車種類的增多，電網(wǎng)中產(chǎn)生多種諧波時(shí)刻影響機(jī)車的正常運(yùn)行。機(jī)車再生制開工況時(shí)動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能返還電網(wǎng)。而產(chǎn)生了多種諧波，從而也影響到了電網(wǎng)環(huán)境，高次諧波對(duì)于機(jī)車有很大危害。目前國內(nèi)引進(jìn)HXD型機(jī)車后，高壓互感器頻繁出

16、現(xiàn)故障。然而出現(xiàn)故障的高壓互感器不單單是HXD型機(jī)車，韶山系列機(jī)車也出現(xiàn)了累似故障。由于諧波的產(chǎn)生嚴(yán)重影響了高壓互感器的使用情況，所以采取了濾波的方法來治理此類故障。目前國內(nèi)HXD型機(jī)車主要采用加裝濾波器的方式防范產(chǎn)生過電壓，同時(shí)采用氣體放電管、壓敏電阻等器件對(duì)電壓互感器進(jìn)行保護(hù)。為了防止由于1、2次濾波器參數(shù)和位置的選取不當(dāng)引發(fā)的事故，必須對(duì)濾波器進(jìn)行優(yōu)化，使其與被保護(hù)對(duì)象更好的配合。使濾波器能夠結(jié)合被保護(hù)對(duì)象，觀察研究其電磁暫態(tài)有利于優(yōu)化濾波器的安裝位置和相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。在實(shí)際的電力系統(tǒng)中過電壓的波形難以收集導(dǎo)致在故障診斷時(shí)數(shù)據(jù)缺少而難以判斷故障發(fā)生的原因，所以對(duì)系統(tǒng)中過電壓波形的采集分析十

17、分重要，它是處理事故的重要依據(jù)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)是將可靠性設(shè)計(jì)、有限元分析、和優(yōu)化設(shè)計(jì)這三類相對(duì)成熟的技術(shù)進(jìn)行交叉應(yīng)用和有機(jī)結(jié)合后開展出來的獨(dú)特的設(shè)計(jì)方案，它較傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案更為經(jīng)濟(jì)合理。電壓互感器有一套非常成熟的理論研究，它的原理也相對(duì)簡單，通過國內(nèi)外科技文獻(xiàn)報(bào)道和用戶的反響信息可以預(yù)見電壓互感器會(huì)往小型化開展?；ジ衅鞯男⌒突梢栽诠?jié)約材料和空間的同時(shí)取得最大的經(jīng)濟(jì)效益，使用也會(huì)更為方便。另外根據(jù)電壓互感器的用途、使用場合以及更新?lián)Q代速度來對(duì)電壓互感器的使用壽命進(jìn)行設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的，適宜設(shè)計(jì)互感器的使用壽命有利于節(jié)約材料和本錢。（1） 本文利用的互感器相關(guān)參數(shù)結(jié)合互感器在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生的故障，對(duì)故

18、障產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，從而找到故障發(fā)生的根本原因并由此提出合理的改進(jìn)和防范措施。（2） 分析機(jī)車運(yùn)行時(shí)電網(wǎng)中諧波的情況和諧波產(chǎn)生的原因，主要研究再生制開工況下諧波的情況并通過相關(guān)計(jì)算方法計(jì)算出諧波電壓、電流之間的關(guān)系，并分析具體的某次諧波對(duì)電壓互感器造成的影響，從而提出可靠的方法。（3） 統(tǒng)計(jì)和分析電壓互感器的各項(xiàng)數(shù)據(jù)并計(jì)算出各個(gè)量的正常范圍，從數(shù)值的異常來推導(dǎo)出可能存在的故障，提出相應(yīng)解決方法從而防范于未然。第2章電壓互感器以及常見故障TBY1-25型電壓互感器結(jié)構(gòu)為油浸式，互感器采用了絕緣性能良好的線圈，繞組一端與高電壓相連，另一端接地，是電力機(jī)車的專用電壓互感器，具有良好的耐震性。 型號(hào)

19、: TBY1-25 輸入電壓： 25000V/50Hz輸出電壓: 100V/50Hz二次額定輸出: 20VA 功率因數(shù)： TBY1-25型高壓電壓互感器主要由線圈組、鐵心、油箱等局部組成,它的外形圖如圖2-1所示：圖2-1 外形圖 互感器的線圈和鐵心組裝在一起后經(jīng)過枯燥處理并裝入油箱，線圈在油箱內(nèi)臥式放置在45號(hào)變壓油中?；ジ衅鞯母邏阂淮蝹?cè)由磁套引出,低壓二次側(cè)那么由線圈抽頭a1、x1及高壓一次線圈的X端子、接地屏出線端子經(jīng)0.2kV套管引出。為了防止由于懸浮電位造成的放電現(xiàn)象，電壓互感器的油箱外部經(jīng)過接地螺栓可靠接地。箱蓋上有油位表,并用紅色油漆在顯著位置標(biāo)明溫度下油位，箱體上有注油裝置,箱

20、蓋上有補(bǔ)油裝置。為保證油箱內(nèi)氣壓與外界大氣壓強(qiáng)相等在互感器內(nèi)部裝設(shè)了一個(gè)呼吸器聯(lián)通內(nèi)外大氣，并在呼吸器內(nèi)部裝載硅膠以保持因環(huán)境溫度及油溫變化時(shí)呼入或排出空氣的枯燥。為防止互感器因?yàn)閮?nèi)部短路或其它原因引起的爆炸，在箱蓋上裝設(shè)一個(gè)開壓力為(35±5)kPa、關(guān)閉壓力為19kPa的壓力釋放閥。如圖2-2所示為電壓互感器的結(jié)構(gòu)簡圖：圖2-2 結(jié)構(gòu)圖1、油位計(jì) 2、壓力平衡閥 3、油樣觀察口 4、初級(jí)低壓引出套管和次級(jí)引出套管 5、緊固螺栓 6、油箱 7、枯燥管 8、高壓引入套管 9、箱蓋原理可以把高壓電壓互感器看作是一種只對(duì)電壓進(jìn)行變換的變壓器，它利用電磁感應(yīng)的原理把一次測的高電壓變換為標(biāo)準(zhǔn)

21、測量電壓。如圖2-3所示為互感器的原理接線圖： 圖2-3 接線圖2.4 常見故障分析對(duì)不同車型的電壓互感器的故障情況進(jìn)行分析，了解故障發(fā)生的原因并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施以提高機(jī)車運(yùn)行的穩(wěn)定性和平安性。常見的電壓互感器故障有以下幾點(diǎn)：(1)HXD機(jī)車采用的高壓電壓互感器的工作原理與普通電壓互感器相同，都是根據(jù)互感器線圈原邊和副邊的匝數(shù)比來確定兩邊電壓的比值，但由于互感器的材料、結(jié)構(gòu)、容量和誤差范圍不同而分別承擔(dān)了不同的任務(wù)，為機(jī)車的穩(wěn)定運(yùn)行提供了條件。高壓電壓互感器的主要任務(wù)是檢測機(jī)車的網(wǎng)壓數(shù)據(jù)，如果高壓電壓互感器的一次側(cè)線圈出現(xiàn)絕緣破損、匝間短路或者擊穿、局部線圈的短路都會(huì)導(dǎo)致互感器原邊的匝數(shù)變少

22、，從而導(dǎo)致原邊和副邊比例減小而增大副邊電壓，高壓互感器測出的網(wǎng)壓就是高于網(wǎng)壓的實(shí)際值。在機(jī)車持續(xù)運(yùn)行時(shí)，機(jī)車CCU和TCU所記錄的網(wǎng)壓數(shù)據(jù)高于實(shí)際值表征為連續(xù)的網(wǎng)壓異常和超高，如果沒有及時(shí)維護(hù)檢修而持續(xù)運(yùn)行會(huì)嚴(yán)重?zé)龤щ妷夯ジ衅魃踔翆?dǎo)致互感器的爆炸。 2高壓互感器外部連接螺栓、絕緣包扎和變壓器油都處于正常狀態(tài)時(shí)，但互感器散發(fā)出的刺鼻異味和線圈溫度的異常那么可能是因?yàn)榫€圈內(nèi)部局部出現(xiàn)匝間擊穿。如果機(jī)車在這時(shí)候升弓，25KV的高壓通過故障的互感器會(huì)導(dǎo)致線圈溫度急速上升，變壓器油在高溫下氣化急劇膨脹從互感器下部噴出，電壓互感器冒煙故障，而不能正常工作，機(jī)車也會(huì)因?yàn)椴荒芙邮芫W(wǎng)壓而無法正常工作。高壓電壓互

23、感器的繞組匝間短路或接地會(huì)導(dǎo)致機(jī)車跳主斷、網(wǎng)壓無法顯示，同時(shí)導(dǎo)致接觸網(wǎng)跳閘，這時(shí)司時(shí)機(jī)降下受電弓繼續(xù)維持列車運(yùn)行，進(jìn)站停車。如果沒有及時(shí)確認(rèn)故障的原因而貿(mào)然升弓讓列車運(yùn)行會(huì)引發(fā)一系列事故，互感器的一次側(cè)繞組被燒損，如果二次側(cè)繞組正常，那么這時(shí)一次側(cè)繞組是接地的，盲目升弓會(huì)使接觸網(wǎng)直接接地，接地電流燒斷接觸網(wǎng)，接觸網(wǎng)斷電。 3互感器的二次側(cè)引出線斷線會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)壓信號(hào)不能輸入車內(nèi)，從而使機(jī)車微機(jī)柜中沒有機(jī)車移相同步變壓器的同步信號(hào)輸入而導(dǎo)致微機(jī)柜封鎖脈沖，使機(jī)車出現(xiàn)無流無壓的情況。機(jī)車網(wǎng)壓表無接觸網(wǎng)電壓顯示，機(jī)車不能正常運(yùn)行。2.5 常見故障防范措施 在機(jī)車大修時(shí)，廠家對(duì)高壓互感器進(jìn)行更換。高壓互感

24、器不能當(dāng)作一般電器處理，按照變壓器的標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)高壓互感器進(jìn)行評(píng)測。提高材料等級(jí)，即原設(shè)計(jì)的E級(jí)絕緣提升為200級(jí)，線圈電磁線外包絕緣級(jí)采用200級(jí)，層間絕緣為200級(jí)及環(huán)氧樹脂使用耐熱性好、機(jī)械強(qiáng)度高、絕緣性能好等的產(chǎn)品，通過材料改進(jìn)到達(dá)整體絕緣強(qiáng)度和機(jī)械性能提高的目的。加強(qiáng)高壓電壓互感器管理工作，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高壓互感器按時(shí)進(jìn)行檢修，進(jìn)行色譜分析，油樣采集。對(duì)出現(xiàn)故障的機(jī)車嚴(yán)格進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，殘次的高壓互感器嚴(yán)禁上車。本章小結(jié) 本章是對(duì)HXD型電力機(jī)車常用的一種互感器進(jìn)行一些介紹，TBY1-25型高壓電壓互感器。也對(duì)這種電壓互感器所經(jīng)常出現(xiàn)的故障進(jìn)行了總結(jié)和分析。也對(duì)這些常出現(xiàn)的故障提出了一些

25、防范措施。和諧型機(jī)車在全國范圍內(nèi)大面積推廣使用的大趨勢下，電壓互感器技術(shù)的改進(jìn)對(duì)于和諧型機(jī)車在全國各地的路況中使用尤為重要。如果沒有及時(shí)維護(hù)檢修而持續(xù)運(yùn)行會(huì)嚴(yán)重?zé)龤щ妷夯ジ衅魃踔翆?dǎo)致互感器的爆炸。所以保障高壓互感器的正常運(yùn)作對(duì)于機(jī)車順利的完成運(yùn)行任務(wù)非常重要。機(jī)車的大修中可以對(duì)高壓互感器進(jìn)行更換。高規(guī)格的對(duì)互感器進(jìn)行評(píng)測。許多機(jī)車研發(fā)單位也對(duì)新出廠的高壓互感器提升了絕緣等級(jí)。加強(qiáng)高壓電壓互感器管理工作，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高壓互感器按時(shí)進(jìn)行檢修，進(jìn)行色譜分析，油樣采集。對(duì)出現(xiàn)故障的機(jī)車嚴(yán)格進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，殘次的高壓互感器嚴(yán)禁上車。第3章 機(jī)車運(yùn)行時(shí)諧波測試隨著HXD機(jī)車的運(yùn)用。電壓互感器頻繁出現(xiàn)故障，

26、不單單是HXD類型機(jī)車的電壓互感器出現(xiàn)故障。韶山機(jī)車也會(huì)出現(xiàn)很多故障。經(jīng)過測試這些故障的產(chǎn)生原因都與機(jī)車運(yùn)行而產(chǎn)生的諧波有重要關(guān)聯(lián)。本章從一些測試現(xiàn)場數(shù)據(jù)來分析高次諧波對(duì)于電壓互感器的影響。監(jiān)測、采集HXd3交流傳動(dòng)電力機(jī)車運(yùn)行區(qū)間時(shí)的接觸電網(wǎng)電壓、電流波形及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)諧波數(shù)據(jù)，分析由HXd3交流傳動(dòng)電力機(jī)車產(chǎn)生的高次諧波對(duì)運(yùn)行在該區(qū)間直流電力機(jī)車的影響目前主要表現(xiàn)為牽引繞組過電壓吸收RC支路電流增大，發(fā)熱嚴(yán)重，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及諧波量化指標(biāo)分析，找出諧波影響的關(guān)鍵因素點(diǎn)頻率點(diǎn)、機(jī)車狀態(tài)點(diǎn)、區(qū)域點(diǎn)，為采取有效的諧波抑制、治理措施及制定合理的解決方案提供根底數(shù)據(jù)依據(jù)。表3-1 測試情況表區(qū)段時(shí)間機(jī)車

27、狀態(tài)RC電流有效值及電壓諧波情況備注AB11:58:37-12:18:37SS4-97、HXD30175、HXD30634空載停車。12:15:52 SS4-97開始牽引；12:16:09 HXD30634開始牽引，時(shí)速024km。電流最大值8.948A/12:2:43，電流最小值6.4147A/12:7:58。電壓諧波3、5、7次表現(xiàn)突出，幅值為3到4，其次17、19、21、35次。寶雞東站，有SS、HX機(jī)車BC12:18:37-12:20:49HXD30175空載。SS4-97、HXD30634加載牽引，時(shí)速升高達(dá)39km。電流值變化較大，最大到達(dá)11.525A/12:19:4。電壓諧波3

28、、5、35次表現(xiàn)突出，幅值為3到4。其次17、19、21、27、31。寶雞東站寶雞站CD12:20:49-12:22:19SS4-97 、HXD30634牽引空載12:21:02，HXD30175空載。時(shí)速3928km。電流值約為6.8A。電壓諧波較BC段根本降低，3、9、11、19次略升高。進(jìn)寶雞站DE12:22:19-12:24:37SS4-97、HXD30175、HXD30634空載停車。12:23:14 SS4-97開始牽引。電流最大值10.651A/12:23:16，最小值8.0614A/12:24:22。電壓諧波3、5、7、9、11、17、19、21、23次幅值表現(xiàn)突出。停寶雞站，

29、EF12:24:37-12:34:01SS4-97、HXD30175、HXD30634空載。電流最大值7.4944A/12:32:13，最小值5.9083A/12:25:10。電壓諧波3、5、7、17、19、21、25次表現(xiàn)突出，幅值1.5到3。停寶雞站FG12:34:01-12:36:13SS4-97牽引，HXD30175、HXD30634空載。時(shí)速042km。電流最大值12.479A/12:34:52。電壓諧波3、5、7、21次表現(xiàn)突出幅值為3到6，幅值超過2的諧波有17、19、25、33次。寶雞-寶雞南，12:37:7過分相暫停測試。12:41:41開始測試。GH12:36:13-12:

30、36:58SS4-97牽引，HXD30175、HXD30634空載。時(shí)速約50km。電流值約為6.8A。電壓諧波3、5、7、11、17、19、21、31次表現(xiàn)突出，幅值1.5到3。寶雞-寶雞南HI12:42:06-12:46:16SS4-97、HXD30175、HXD30634牽引。車速變化較大最高達(dá)60km。電流最大值11.452A/12:42:46。電壓諧波3、5次幅值在3.5到4之間,7、13、31、85、87次諧波幅值在1到2之間。寶雞-寶雞南IJ12:46:16-12:49:41SS4-97、HXD30175、HXD30634斷電惰行牽引。電流波動(dòng)較大，最大值12.656A/12:4

31、7:46加速牽引、最小值6.7774A/12:48:46恒速牽引。各次諧波波動(dòng)較大。出寶雞南站過分相JZ12:49:41-12:55:21SS4-97、HXD30175、HXD30634減速牽引至空載。電流最大值12.131A/12:55:01三機(jī)車減速牽引、最小值8.91A/12:51:62SS-4低速減載停車，HX兩車空載。進(jìn)楊家灣站Z點(diǎn)12:55:21SS4-97、HXD30175、HXD30634空載。電流值約為63.5267A.電壓諧波3次至45次及83、85、87次幅值表現(xiàn)密集。進(jìn)楊家灣站ZK12:55:21-12:58:08SS4-97、HXD30175、HXD30634空載。電

32、流最大值13.364A/12:56:26短時(shí)大電流。電壓諧波7、33、35次諧波幅值在2到2.5間，15、17、25、27、39、41、43、49、59、83、85、87、99次諧波表現(xiàn)密集，幅值為1左右。進(jìn)楊家灣站KL12:58:08-13:07:50SS4-97、HXD30175、HXD30634空載。13:04:18 HXD30634牽引，13:05:00 SS4-97、HXD30175牽引。電流最大值7.3206A/13:1:35、最小值5.6703A/13:4:41。電壓諧波3、5次幅值高，其次是83、85、87、89次。12:56:36至12:58:08過分相暫停測試。楊家灣站。L

33、M13:07:50-13:13:28SS4-97、HXD30175、HXD30634牽引加速電流最大值13.677A/13:8:38。電壓諧波各次諧波不同程度的增高，尤其是從33次以后高次諧波幅值增高較大。有HXD3通過，楊家灣-觀音山。MN13:13:28-13:21:31SS4-97牽引。HXD30175、HXD30634牽引空載。電流最大值10.707A/13:14:31三機(jī)牽引，最小值8.8189A/13:18:01SS-4牽引，兩HX車空載。各次電壓諧波也有不同程度的增加，5、7、9、31、41、83、85、89次表現(xiàn)突出。楊家灣-觀音山。NO13:21:31-13:23:07SS4

34、-97、HXD30175、HXD30634牽引，速度較高50公里左右。電流最大值13.332A/13:23:1三機(jī)加載牽引，21到53、83到89次電壓諧波幅值增高量較大。13:23:07暫停測試，13:27:35開始測試，過分相。OP段13:28:38-13:31:23SS4-97、HXD30175、HXD30634牽引，速度較高50公里左右電流最大值10.793A/13:29:08三機(jī)牽引，最小值8.8418A/13:30:35三機(jī)牽引。電壓諧波對(duì)于NO段的諧波幅值不同程度降低，波動(dòng)量降低。觀音山-青石崖PQ段13:31:23-13:31:56SS4-97空載，HXD30175、HXD30

35、634牽引電流值5.8523A/13:31:35。電壓諧波比較NO段有明顯降低，但83、85、87、89次幅值較高?？蛰d試驗(yàn)，進(jìn)青石崖站QR段13:31:56-13:33:41SS4-97牽引，HXD30634、HXD30175減載電流最大值9.0938A/13:32:17三機(jī)牽引，最小值7.67A/13:33:17SS-4牽引，兩HX車空載。電壓諧波比較NO段有明顯升高，但83、87、89次幅值較高。青石崖站RS段13:33:41-12:33:47SS4-97 、HXD30175、HXD3063空載。電流平穩(wěn)電流值9.6A左右。電壓諧波83、85、87、89次幅值在2到4之間，表現(xiàn)突出。13

36、:33:47暫停測試，13:46:05開始測試出青石崖，準(zhǔn)備進(jìn)入分相區(qū)。ST段12:46:05-13:51:43SS4-97制動(dòng)HXD30175、HXD30634空載，機(jī)車速度減至零。電流最大值15.053A/13:48:55,最小值12.388A/13:49:52。電壓諧波83、85、86、87、89次大幅度升高，5、7、83、85、86、87、89幅值高達(dá)2至3.5，9、13、21次到達(dá)1.5至2。進(jìn)秦嶺站分相區(qū)測試分析總結(jié)：秦嶺站分相區(qū)主要車型SS4、HXD383、85、87、89次諧波表現(xiàn)突出，在測試全過程中諧波幅值最高，RC支路電流最大15A，主要因素為HXD3機(jī)車站區(qū)制動(dòng)、啟動(dòng)牽引

37、運(yùn)行， 其影響程度依HXD3機(jī)車運(yùn)行臺(tái)數(shù)及工況而定，初判HXD3運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生83、85、87、89次諧波，其諧波幅值隨臺(tái)數(shù)多而增大。運(yùn)行工況細(xì)節(jié)量化需進(jìn)一步測試判定。寶雞站分相區(qū)段主要車型SS、HX、DJ13、5、7、9、17、19、21、25、31、33、35、39、41次諧波表現(xiàn)突出，諧波幅值偏高，直流機(jī)車主要產(chǎn)生3、5、7、9低次諧波，RC支路電流根本在712A。在本次測試監(jiān)視中，該區(qū)段機(jī)車運(yùn)行低速平緩，牽引電流小。 本務(wù)機(jī)車SS4型制動(dòng)、空載時(shí)，當(dāng)同相區(qū)內(nèi)無諧波因素影響時(shí)外界無直流和交流機(jī)車運(yùn)行時(shí)，RC支路電流最小45A；當(dāng)同分相區(qū)內(nèi)有直流傳動(dòng)機(jī)車SS型和交流傳動(dòng)機(jī)車運(yùn)行通過時(shí)，電網(wǎng)

38、諧波分量增，幅值增大，RC支路電流增高，其諧波頻率、幅值依機(jī)車類型、數(shù)量、工況而定。在相同環(huán)境條件下，本務(wù)機(jī)車SS4型牽引工況時(shí)， RC支路電流比其制動(dòng)、空載工況時(shí)大；牽引電流增加變化時(shí)，RC支路電流增高；同分相區(qū)內(nèi)有交流機(jī)車牽引或制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，RC支路電流增高；交流機(jī)車牽引電流變化時(shí)，RC支路電流增高；交流機(jī)車運(yùn)行臺(tái)數(shù)多，RC支路電流增量大。本次測試采集數(shù)據(jù)SS4線路持續(xù)大電流牽引工況時(shí)，RC支路電流911A。5.容納機(jī)車運(yùn)行數(shù)量多，且交流機(jī)車密集運(yùn)行的同分相區(qū)如樞紐站電網(wǎng)諧波因素影響嚴(yán)重，應(yīng)對(duì)該區(qū)域重點(diǎn)測試，考慮解決方案。圖3-1 測試數(shù)據(jù)1圖3-2 測試數(shù)據(jù)2圖3-3 諧波實(shí)時(shí)量化圖1圖3

39、-4 諧波實(shí)時(shí)量化圖2圖3-5 諧波實(shí)時(shí)量化圖3圖3-6 諧波實(shí)時(shí)量化圖4圖3-7 諧波實(shí)時(shí)量化圖5圖3-8 諧波實(shí)時(shí)量化圖6圖3-9 諧波實(shí)時(shí)量化圖7圖3-10 諧波實(shí)時(shí)量化圖8圖3-11 諧波實(shí)時(shí)量化圖9圖3-12 諧波實(shí)時(shí)量化圖10圖3-13 諧波實(shí)時(shí)量化圖11圖3-14 諧波實(shí)時(shí)量化圖12圖3-15 諧波實(shí)時(shí)量化圖13圖3-16 諧波實(shí)時(shí)量化圖14圖3-17 諧波實(shí)時(shí)量化圖15本章小結(jié)本章從監(jiān)測、采集HXd3交流傳動(dòng)電力機(jī)車運(yùn)行區(qū)間時(shí)的接觸電網(wǎng)電壓、電流波形及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)諧波數(shù)據(jù)，分析由HXd3交流傳動(dòng)電力機(jī)車產(chǎn)生的高次諧波對(duì)運(yùn)行在該區(qū)間直流電力機(jī)車的影響目前主要表現(xiàn)為牽引繞組過電壓吸收R

40、C支路電流增大，發(fā)熱嚴(yán)重，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及諧波量化指標(biāo)分析，找出諧波影響的關(guān)鍵因素點(diǎn)頻率點(diǎn)、機(jī)車狀態(tài)點(diǎn)、區(qū)域點(diǎn)，為采取有效的諧波抑制、治理措施及制定合理的解決方案提供根底數(shù)據(jù)依據(jù)。隨著HXD機(jī)車的運(yùn)用。電壓互感器頻繁出現(xiàn)故障，不單單是HXD類型機(jī)車的電壓互感器出現(xiàn)故障。韶山機(jī)車也會(huì)出現(xiàn)很多故障。經(jīng)過測試這些故障的產(chǎn)生原因都與機(jī)車運(yùn)行而產(chǎn)生的諧波有重要關(guān)聯(lián)。通過分析發(fā)現(xiàn)告辭高次諧波對(duì)于HXD3機(jī)車會(huì)產(chǎn)生影響，影響程度依HXD3機(jī)車運(yùn)行臺(tái)數(shù)及工況而定。機(jī)車制動(dòng)、空載時(shí)，當(dāng)同相區(qū)內(nèi)無諧波因素影響時(shí)外界無直流和交流機(jī)車運(yùn)行時(shí)，RC支路電流最小45A；當(dāng)同分相區(qū)內(nèi)有直流傳動(dòng)機(jī)車SS型和交流傳動(dòng)機(jī)車運(yùn)行通

41、過時(shí)，電網(wǎng)諧波分量增，幅值增大，RC支路電流增高，其諧波頻率、幅值依機(jī)車類型、數(shù)量、工況而定。容納機(jī)車運(yùn)行數(shù)量多，且交流機(jī)車密集運(yùn)行的同分相區(qū)如樞紐站電網(wǎng)諧波因素影響嚴(yán)重，應(yīng)對(duì)該區(qū)域重點(diǎn)測試，考慮解決方案。第4章 諧波產(chǎn)生的因素及危害在電力的生產(chǎn)，傳輸、轉(zhuǎn)換和使用的每環(huán)節(jié)中都會(huì)產(chǎn)生諧波。諧波主要來源有三個(gè)方面。第一發(fā)電質(zhì)量不高，從電網(wǎng)源頭就產(chǎn)生了諧波。但此類諧波一般比較少。第二輸配電系統(tǒng)中，在傳輸配電環(huán)節(jié)將有諧波的電傳輸給用電設(shè)備。這類諧波產(chǎn)生的原因是由于變壓器所產(chǎn)生的。變壓器鐵心飽和，磁化曲線非線性，工作磁密在磁化曲線飽和處，出現(xiàn)了奇次諧波。第三用電設(shè)備自身就在運(yùn)行中產(chǎn)生了諧波。此類諧波的產(chǎn)

42、生因素很多，在鐵路系統(tǒng)中多是由于機(jī)車啟動(dòng)，再生制開工況中。電網(wǎng)中諧波的產(chǎn)生因素因?yàn)榘l(fā)電源的品質(zhì)不好產(chǎn)生的諧波，發(fā)電機(jī)的三相繞組的不絕對(duì)對(duì)稱和鐵芯的不絕對(duì)均勻?qū)е掳l(fā)電源產(chǎn)生少了諧波。輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波，電力變壓器鐵芯飽導(dǎo)致磁化曲線的非線性，使得磁化電流在磁化曲線的近飽和段上呈尖頂波形，含大量奇次諧波，嚴(yán)重時(shí)3次諧波電流甚至能到達(dá)額定電流的0.5%。用電設(shè)備主要包括整流裝置，變頻裝置以及氣體放電類電光源產(chǎn)生的大量諧波。整流裝置從電網(wǎng)吸收了缺角的正弦波使得電網(wǎng)剩余局部缺角，由此產(chǎn)生的諧波最多可占諧波總含量的40%；采用相位控制的變頻裝置會(huì)因?yàn)槿嘭?fù)荷的不平衡產(chǎn)生的諧波約占總諧波的20%；熒光燈，高壓

43、汞、鈉燈等氣體放電類電光源非線性嚴(yán)重產(chǎn)生諧波。4.2 再生制開工況時(shí)產(chǎn)生諧波的因素 再生制動(dòng)是指機(jī)車制動(dòng)時(shí)牽引電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，把動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能回饋到電網(wǎng)儲(chǔ)存起來或者供給其它負(fù)載使用，但是由于這些負(fù)載的電流不隨電壓同步變化，使電網(wǎng)中電流非正弦，從而產(chǎn)生諧波使電網(wǎng)電壓失真。4.3 過電壓對(duì)供電系統(tǒng)的危害 供電系統(tǒng)中的諧波危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。(1)對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的附加損耗和轉(zhuǎn)矩都會(huì)產(chǎn)生影響。因?yàn)榧w效應(yīng)、磁滯、渦流等引起的附加損耗隨頻率增高而增加，從而導(dǎo)致電力用戶電動(dòng)機(jī)的總損耗急劇攀升；諧波電流產(chǎn)生的諧波轉(zhuǎn)矩會(huì)產(chǎn)生顯著的脈沖轉(zhuǎn)矩可能會(huì)使電機(jī)轉(zhuǎn)軸扭曲振動(dòng)。(2)對(duì)變壓器的影響。諧波電流特別是

44、3及其倍數(shù)次諧波使三角形連接的變壓器銅耗增加，從而在繞組中形成環(huán)流使繞組過熱；全星形連接的變壓器繞組中性點(diǎn)接地且該側(cè)電網(wǎng)中分布電容較大時(shí)，形成的3次諧波會(huì)使變壓器附加損耗增加。(3)對(duì)輸電線路的影響。輸電線路的電阻會(huì)隨著頻率的升高而增加，在集膚效應(yīng)的作用下，輸電線路的附加損耗也隨之增加；諧波使三相供電系統(tǒng)中的中性線的電流增大導(dǎo)致中性線過載；輸電線路上的電感電容與產(chǎn)生諧波的設(shè)備組成的串聯(lián)回路或并聯(lián)回路發(fā)生串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振產(chǎn)生的諧波過電壓、過電流對(duì)相關(guān)設(shè)備的危害性較大，諧波電壓升高、諧波電流增大都會(huì)引起繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)損壞設(shè)備。4.4 過電壓對(duì)電壓互感器的危害 在機(jī)車運(yùn)行時(shí)一般電壓都不會(huì)超過

45、絕緣等級(jí)的規(guī)定電壓。但是機(jī)車過分相時(shí)就容易出現(xiàn)電弧，進(jìn)出分相就會(huì)形成兩次電弧。電弧嚴(yán)重就產(chǎn)生了過電壓。而過電壓會(huì)使高壓互感器產(chǎn)生高溫，高溫的長時(shí)間作用會(huì)使得絕緣層老化。這時(shí)電壓互感器不會(huì)是一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，擊穿電壓也會(huì)變得不是固定值。但是如果輸入互感器的電壓值超出了互感器的絕緣等級(jí)，就會(huì)引發(fā)匝間擊穿。本章小結(jié)本章是通過分析諧波產(chǎn)生的因素及危害分析出諧波對(duì)于電壓互感器的影響。發(fā)電質(zhì)量不高，從電網(wǎng)源頭就產(chǎn)生了諧波。輸配電系統(tǒng)中，在傳輸配電環(huán)節(jié)也會(huì)將有諧波的電傳輸給用電設(shè)備。用電設(shè)備自身就在運(yùn)行中產(chǎn)生了諧波。再生制動(dòng)是指機(jī)車制動(dòng)時(shí)牽引電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，把動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能回饋到電網(wǎng)儲(chǔ)存起來或者供給其它

46、負(fù)載使用，但是由于這些負(fù)載的電流不隨電壓同步變化，使電網(wǎng)中電流非正弦，從而產(chǎn)生諧波使電網(wǎng)電壓失真。對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的附加損耗和轉(zhuǎn)矩都會(huì)產(chǎn)生影響。對(duì)變壓器和輸電線路也會(huì)產(chǎn)生影響。機(jī)車過分相時(shí)就容易出現(xiàn)電弧，進(jìn)出分相就會(huì)形成兩次電弧。電弧嚴(yán)重就產(chǎn)生了過電壓。而過電壓會(huì)使高壓互感器產(chǎn)生高溫，高溫的長時(shí)間作用會(huì)使得絕緣層老化，就容易引發(fā)匝間擊穿。第5章 諧波治理所謂諧波的治理就是指采用一定的方式方法減少或者消除系統(tǒng)中的諧波電流，從而將諧波電壓控制一定的范圍內(nèi)，不能最電網(wǎng)電壓造成較大影響。5.1 降低諧波源的諧波含量從源頭上減少或消除諧波能在很大程度上提高電網(wǎng)的質(zhì)量，并且能夠最大程度的節(jié)約因?yàn)橄C波而對(duì)設(shè)備

47、進(jìn)行檢測、維護(hù)、優(yōu)化而產(chǎn)生的本錢，大大節(jié)省了消除諧波影響而產(chǎn)生的費(fèi)用。在源頭上減少或消除諧波影響主要可以從如下幾方面實(shí)現(xiàn)：1增加整流器的脈沖數(shù)。電網(wǎng)中的主要諧波源之一是整流器，由它的特征頻譜n=Kp±1,可知n隨脈沖數(shù)p的增加而增加，而由InI1/n知，諧波電流將隨脈沖數(shù)的增加而減少。因此增加整流器的脈沖數(shù)可以平滑電流電壓波形，減少諧波含量。2采用PWM脈寬調(diào)制法進(jìn)行調(diào)制。通過改變載波比在所需的頻率周期內(nèi),將直流電壓調(diào)制成等幅不等寬的交流輸出電壓脈沖也能有效的治理諧波。（3） 變壓器采用Y/ 或/ Y 的接線方式。當(dāng)同一段母線向兩臺(tái)及以上整流變壓器供電時(shí), 將變壓器一次側(cè)繞組分別交替

48、接成Y 型和形,能夠使5 次、7 次諧波相互抵消,從而有效的降低諧波影響。而剩下的11 次、13 次諧波由于頻次高,幅值小,其危害性很小可以忽略不計(jì)。而這種接線也可以有效的消除3 的倍數(shù)次的高次諧波,改變變壓器三相繞組的接線方式是抑制高次諧波的最根本的方法之一。5.2 濾波器濾波無源濾波是一種普遍且經(jīng)濟(jì)有效的治理諧波的方法。只要通過調(diào)節(jié)無源濾波器中的電容和電感的參數(shù)就可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)控，將具體的某次諧波或者某段頻率范圍內(nèi)的電壓電流諧波呈現(xiàn)出低阻抗通道，進(jìn)而把諧波導(dǎo)入地下，防止諧波對(duì)回路的影響。 根據(jù)無源濾波器濾波方式的不同可以將其大致分為單調(diào)諧、雙調(diào)諧、三調(diào)諧、高通調(diào)諧濾波器和失諧濾波器等。如圖

49、5-1所示為常用的幾種濾波器的接線方式，其中cd均屬于高通濾波器：圖5-1 常用接線方式利用無源濾波器的濾波原理，結(jié)合各濾波器的接線方式及濾波性質(zhì)可以得到新型的電壓互感濾波電路濾掉屢次諧波。如圖5-2所示為電壓互感器的接線圖： 圖5-2 電壓互感器濾波電路其中電容器數(shù)值計(jì)算方式為： 5-1式中表示額定無功功率，為基波角速度，是額定電壓。 電抗器數(shù)值計(jì)算方式為： 5-2式中n為諧波電流次數(shù)。電阻數(shù)值計(jì)算方式為： 5-3式中Q為濾波器的品質(zhì)因素，Q的取值范圍為30<Q<100。5.2.2 采用有源濾波器濾波 有源濾波器是利用可控器件給電網(wǎng)輸入與原有諧波電流幅值相同、相位相反的電流，使諧

50、波電流與通過可控器件輸入的電流完全抵消。有源濾波器與無源濾波器相比具有很多優(yōu)越的特點(diǎn)： (1)補(bǔ)償方式十分靈活，響應(yīng)速度快，對(duì)絕大多數(shù)情況下的諧波都能進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。(2) 有源濾波裝置以一個(gè)含高阻抗的電流源的形式存在于電路中，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)原有的阻抗產(chǎn)生影響。 (3)有源濾波器結(jié)構(gòu)相對(duì)獨(dú)立，幾乎不會(huì)受外界阻抗影響，也不會(huì)和電網(wǎng)形成諧振回路并且對(duì)串聯(lián)諧振有抑制作用。(4) 有源濾波器可以對(duì)高次諧波電流和非整數(shù)倍的諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償，并且可以同時(shí)對(duì)單個(gè)或多個(gè)諧波源進(jìn)行補(bǔ)償，大大的提高了濾波器的工作效率。 (5)有源濾波器在諧波電流發(fā)生突變時(shí)不會(huì)過載，不需要與回路斷開仍然能夠保持正常工作。有源濾波器接在電壓互感器中就相當(dāng)于一個(gè)受電壓控制的電壓源，它能夠