電氣技師論文范文下載：電氣化鐵路牽引變電站諧波分析及治理措施doc

1、電氣技師論文范文下載：電氣化鐵路牽引變電站諧波分析及治理措施doc    電氣技師論文范文下載：電氣化鐵路牽引變電站諧波分析及治理措施doc    電氣技師論文范文下載：電氣化鐵路牽引變電站諧波分析及治理措施摘 要:電力機(jī)車(chē)已逐漸成為電網(wǎng)主要的大型諧波源之一。結(jié)合包神鐵路萬(wàn)水泉南牽引變電站的實(shí)際情況,對(duì)電氣化鐵路所產(chǎn)生的諧波進(jìn) 行了分析和計(jì)算,并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的諧波治理措施。 關(guān)鍵詞:電氣化鐵路;諧波分析;電力機(jī)車(chē) 關(guān)鍵詞 近年來(lái),內(nèi)蒙古自治區(qū)開(kāi)始大范圍建設(shè)電氣化鐵路,隨著大量的 電力機(jī)車(chē)負(fù)荷接入電網(wǎng),勢(shì)必對(duì)

2、電網(wǎng)的供電質(zhì)量造成影響。電力機(jī)車(chē) 是單相大功率整流負(fù)荷,其用電會(huì)產(chǎn)生大量的諧波與負(fù)序電流,由于電 力機(jī)車(chē)沿鐵路移動(dòng)用電,如不能在電鐵牽引變電站得到及時(shí)治理,將注 入電力系統(tǒng),影響全網(wǎng),波及用戶,其產(chǎn)生的危害性遠(yuǎn)比其他任何諧波 源設(shè)備更為嚴(yán)重,更為廣泛。 因此,對(duì)電氣化鐵路牽引變電站諧波的分析和治理越來(lái)越受到電 力企業(yè)和鐵路部門(mén)的重視。 本文以包神鐵路萬(wàn)水泉南牽引變電站為例, 進(jìn)行有關(guān)的諧波分析和治理措施研究。 1 包神鐵路萬(wàn)水泉南牽引變電站概況 包神鐵路的牽引電網(wǎng)采用帶回流線的直接供電方式。 由于電力牽 引為一級(jí)負(fù)荷,萬(wàn)水泉南牽引變電站由麻池 117 麻牽回、麻池 118 麻牽回兩路電源供電,

3、當(dāng)任一路故障時(shí),另一路仍應(yīng)正常供電。 牽引變壓器單臺(tái)容量為 25 000 kVA,采用三相 V/V 接線,固定備用 方式;高壓側(cè)電壓為 110kV,低壓側(cè)輸出額定電壓為 27.5 kV,其高壓側(cè) 接入電網(wǎng),低壓側(cè)一個(gè)頂點(diǎn)接地,另外兩個(gè)頂點(diǎn)引出兩條供電臂,分別向處在不同位置的電力機(jī)車(chē)供電。 一般一條供電臂長(zhǎng)度在 20 km 左右, 電力機(jī)車(chē)臺(tái)數(shù)為 13 臺(tái)。 這種供電方式以大地和鐵軌作為回流線,由牽引變壓器、供電臂、 電力機(jī)車(chē)、大地(鐵軌)組成回路。當(dāng)一個(gè)牽引站的供電臂與另一個(gè)牽 引站的供電臂相匯時(shí),設(shè)立一個(gè)分區(qū)亭。分區(qū)亭由開(kāi)關(guān)組成,正常時(shí)開(kāi) 關(guān)斷開(kāi),兩個(gè)供電臂各由相應(yīng)的牽引站供電,列車(chē)靠慣性通

4、過(guò)分區(qū)亭。 當(dāng)一個(gè)牽引站失去電源時(shí),分區(qū)亭開(kāi)關(guān)閉合,臨時(shí)向停電的供電臂供 電。 2 電氣化鐵路牽引變電站的諧波分析及危害 電力機(jī)車(chē)作為整流負(fù)荷是電氣化鐵路諧波產(chǎn)生的根源。 電力機(jī)車(chē) 的類型對(duì)諧波水平具有決定性影響。包神鐵路機(jī)車(chē)采用交直型相控 SS4 型電力機(jī)車(chē)(即韶山-4 型)。 2.1 電力機(jī)車(chē)的諧波特征 1)當(dāng)電力機(jī)車(chē)在牽引工作狀態(tài)時(shí),整流回路投入工作,就產(chǎn)生諧波; 而電力機(jī)車(chē)在制動(dòng)狀態(tài)或靠慣性前進(jìn)的隋行狀態(tài)時(shí),整流回路切除,就 不產(chǎn)生諧波。 2)電力機(jī)車(chē)的牽引力正比于取自電網(wǎng)、 經(jīng)整流的直流電流,該電流 不因電網(wǎng)外界條件和運(yùn)行方式而改變,而由電力機(jī)車(chē)的非線性特性產(chǎn) 生的諧波電流成分與基波

5、電流具有一定的比例關(guān)系。因此,電力機(jī)車(chē) 為諧波電流源。 3)電力機(jī)車(chē)采用點(diǎn)相全波不控或半控整流,交流側(cè)的電流波形與橫軸成鏡對(duì)稱。 整流電路在整流規(guī)程中交流電壓每一周期內(nèi)直流側(cè)整 流電壓的脈動(dòng)數(shù)、 即整流設(shè)備的脈動(dòng)數(shù) p=2,故其產(chǎn)生的特征諧波次數(shù) h=2k±1,k=1,2,3,。除 h=1 的基波外,特征諧波全部為奇次諧波。 其中 3 次諧波電流含有率最高,且隨著諧波次數(shù)的增加,幅值迅速減少, 至 15 次幾乎下降到 1%。在諧波評(píng)估中,一般只計(jì)算 3、5、7 次諧波 電流和相應(yīng)的諧波電壓畸變率和總諧波電壓畸變率。 4)由于電力機(jī)車(chē)支流回路平波電抗器的電感為有限值,整流電流 脈動(dòng)系數(shù)

6、達(dá) 25%30%,以及電力機(jī)車(chē)變壓器存在漏感,其阻抗電壓為 10.5%左右,故其產(chǎn)生的特征諧波電流含有率 HRIh<1/h,一般需通過(guò)實(shí) 際試驗(yàn)確定。 5)比較各類型電力機(jī)車(chē)的整流、調(diào)壓方式和整流電壓波形。在相 同的條件下,韶山-1 型的電力機(jī)車(chē)電流較近于正弦波,產(chǎn)生的諧波相比 較小;韶山-3 型產(chǎn)生的諧波與韶山-1 型相近但較大;韶山-4 型產(chǎn)生的諧 波較前兩型大,在控制過(guò)程中各次諧波電流含有率的變化較大。 2.2 電氣化鐵路諧波造成的危害 電氣化鐵路諧波造成的危害主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 1)并聯(lián)諧振:當(dāng)諧波電流沿牽引站返送電網(wǎng)時(shí),由于牽引電網(wǎng)對(duì)地 分布電容和回路電感的影響,可能構(gòu)成

7、某次諧波的諧振回路,造成牽引 負(fù)荷諧波電流的諧振放大。 2)對(duì)牽引變壓器的危害:諧波電流流過(guò)牽引變壓器,會(huì)產(chǎn)生諧波電 壓降,高次諧波電流、 電壓會(huì)引起附加鐵損和銅損,使變壓器容量減小、效率降低。 3)高次諧波的危害也體現(xiàn)在會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)、電氣測(cè)量?jī)x表以及繼電 保護(hù)裝置和自動(dòng)控制裝置等產(chǎn)生負(fù)面影響。 3 電氣化鐵路牽引變電站的諧波計(jì)算3.1 公共接入點(diǎn)諧波電流的計(jì)算 利用 PSAF 諧波計(jì)算分析軟件、 根據(jù)基準(zhǔn)短路電容的諧波電流允 許值,得到注入公共接入點(diǎn)麻池變壓器的各次諧波電流允許值及萬(wàn)水 泉 南 牽 引 變 電 站 的 三 相 短 路 容 量 如 表 1 所 示 。在正常工況下(即牽引變壓器非滿

8、載情況),依據(jù)電力機(jī)車(chē)的頻譜, 可得到萬(wàn)水泉南牽引變電站注入電網(wǎng)公共接入點(diǎn)的各次諧波電流見(jiàn)表 2 當(dāng)牽引變壓器滿載時(shí),并且假設(shè)均接入 A、B 相,則萬(wàn)水泉南牽引變電 站注入電網(wǎng)公共接入點(diǎn)的各次諧波電流如表 3 所示。從表 2 和表 3 可以看到,無(wú)論牽引變壓器是否滿載,萬(wàn)水泉南牽引 變電站注入電網(wǎng)公共接入點(diǎn)的 3 次諧波電流均已超過(guò)允許值。因此, 需要在此牽引變電站加裝濾波裝置,使濾波后注入電網(wǎng)內(nèi)的 3、5、7 次諧波電流不超出電網(wǎng)公共接入點(diǎn)的允許值。 3.2 公共接入點(diǎn)諧波電壓畸變率的計(jì)算 利用 PSAF 諧波計(jì)算分析軟件,牽引變壓器滿載時(shí),萬(wàn)水泉南牽引 變電站注入電網(wǎng)公共接入點(diǎn)的諧波電壓畸

9、變率計(jì)算結(jié)果如表 4 所示。由表 4 可以看到,包神線萬(wàn)水泉南牽引變電站的公共接入點(diǎn)的 諧波電壓畸變率為 1.88%,電壓畸變率已經(jīng)超過(guò)限值 1.6%。 4 治理措施 在包神鐵路萬(wàn)水泉南變電站中,利用靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)來(lái)治 理諧波并進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。SVC 由晶閘管相控電抗器(TCR)、濾波器 (FC)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),工程相關(guān)附件組成。其中 TCR 由晶閘管閥組、全數(shù)字控制及保護(hù)系統(tǒng)、275 kV 相控電抗器、TCR 故障自診斷系 統(tǒng)組成;FC 回路由電容器和濾波電抗器組成,向系統(tǒng)提供恒定容性無(wú) 功功率,兼有濾除諧波的作用。晶閘管相控電抗器(TCR)型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ) 償技術(shù)是通過(guò)控制反并聯(lián)晶閘管

10、的導(dǎo)通角來(lái)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)與負(fù)荷并聯(lián)的 電抗器的電流,從而控制其感性無(wú)功的變化,它與固定電容補(bǔ)償器相結(jié) 合,達(dá)到實(shí)時(shí)自動(dòng)補(bǔ)償無(wú)功的目的。補(bǔ)償效果的關(guān)鍵是準(zhǔn)確控制晶閘 管的觸發(fā)角,得到所需的流過(guò)補(bǔ)償電抗器的電流。 在牽引供電系統(tǒng)中,電力機(jī)車(chē)為感性可變負(fù)荷,其有功功率為 Pv, 無(wú)功功率為 Qv。TCR 和 FC 并聯(lián)到 27.5 kV 電網(wǎng)中,根據(jù)恒無(wú)功功率 理論,FC 部分產(chǎn)生恒定的電容無(wú)功功率為 QC;TCR 部分產(chǎn)生連續(xù)可變 的 感 性 無(wú) 功 功 率 為 QTCR, 則 進(jìn) 線 變 壓 器 提 供 的 無(wú) 功 功 率 Qn=Qv-QC+QTCR。 因此,調(diào)節(jié) QTCR 就可以使 Qn 小于等于某

11、一給出 值(常數(shù)),甚至可使 Qn=0,即從理論上使功率因數(shù)達(dá)到 1。 根據(jù)牽引供電單相供電特殊性,采用單相補(bǔ)償,即 A、B 相母線各 安裝一套 TCR 型直掛式動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置,容量規(guī)格可相同或不同, 分別對(duì) A、 兩條母線進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償。 B 通過(guò)計(jì)算,需要在包神 鐵路萬(wàn)水泉南牽引變電站加裝串聯(lián) 12%電抗器的濾波支路,濾波裝置 的主要濾波范圍為 3、5、7 次諧波電流,并兼顧濾除高次諧波。電容 器補(bǔ)償容量分別為 4、4.4 Mvar。 通過(guò)此裝置可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功動(dòng)態(tài)連續(xù)自動(dòng)補(bǔ)償,并實(shí)現(xiàn)對(duì) 3、5、7 次等諧波的綜合治理,還可抑制電壓波動(dòng),改善電源質(zhì)量,提高牽引供電能力。加裝動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償

12、裝置后,諧波電流計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 5。從表 5 可以看到,在萬(wàn)水泉南牽引變電站加裝一定無(wú)功補(bǔ)償容量后,諧 波電流均在允許值范圍內(nèi)。 加裝濾波支路后的萬(wàn)水泉南牽引變電站,注入電網(wǎng)公共接入點(diǎn)諧 波 電 壓 畸 變 率 的 具 體 計(jì) 算 結(jié) 果 見(jiàn) 表 6 。從表 6 可以看到,在萬(wàn)水泉南牽引變電站加裝一定補(bǔ)償容量的濾 波支路后,電網(wǎng)公共接入點(diǎn) 110 kV 側(cè)的電壓畸變率為 1.12%,滿足國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)要求。另外,為降低電網(wǎng)公共接入點(diǎn)母線總諧波電壓畸變率,建議 選用產(chǎn)生諧波較小的電力機(jī)車(chē),或增大濾波支路補(bǔ)償容量。 5 結(jié)語(yǔ) 1)電網(wǎng)諧波是目前受到廣泛關(guān)注的電能質(zhì)量問(wèn)題,電氣化鐵路是 主要諧波源之一,而且與電網(wǎng)諧波相比電氣化鐵路諧波更有自身的特 點(diǎn)。 對(duì)電氣化鐵路諧波進(jìn)行充分的研究有助于了解電氣化鐵路諧波對(duì)電網(wǎng)的影響