客专谐波异常现象分析.docx

1、客专谐波异常现象分析1.1. 客专谐波异常现象分析1.1.1. 大秦线湖东地区HXD1机车电路封锁现象（1）自07年12月26日，太原铁路局湖东机务段和湖东一场、二场出现接触网网压振荡，HXD1型机车牵引封锁无法运行情况，特别是2008年1月2日全天发生牵引封锁13次，机车无法正常出入库，严重干扰运输秩序。（2）同时投入空载HXD1机车不宜超过6台，67台是一个临界点，存在持续振荡现象。在此工况下，切除1台机车，车、网恢复正常；再投入1台机车，就将发生振荡现象及牵引封锁。（3）同时投入多台机车（同时6台以上）比依次投入更易引起振荡；（4）正常情况下，中间直流电压脉动频率约为34Hz，但幅度较小

2、（1020V左右）。在振荡过程中，中间直流电压脉动频率仍维持在34Hz水平，但幅度加大，直到发生牵引封锁。（5）当发生较大电流波动时，牵引变压器、自耦变压器的噪声异常增大，温升加剧。图4.4-1 湖东机务段内HXD1003号车A节网侧电压、电流（出现波动，08_01_01, 13:216 波动动周期：280 ms,波动频率3.57Hz）图4.4-2 湖东机务段内HXD1003号车A节网侧电压、电流上图为：出现网压波动，机车封锁后主断路器切除，切除后不久接触网电压波动现象消失，即接触网内波动消失（若干台机车被封锁，被封锁机车牵引变压器退出运行，接触网内也有一部分机车该时刻未被封锁，当接触网电压波

3、动减弱或消失后，这部分机车仍未正常静置或运行）。图4.4-3 湖东变电所供机务段251馈线电压、电流从上图可以看出，上图为电流、电压在几秒钟时间内的波形，由于采样时间较长，事实上为电压、电流包络线 。关于HXD1003号车A节网侧电压、电流波形，以及电压、电流间的相位关系见下图。图4.4-4湖东机务段内HXD1003号车A节网侧电压、电流波形（出现波动，08_01_01, 13:216 波动动周期：280 ms,波动频率3.57Hz）从上图可以看出，上图为电流、电压在几秒钟时间内的波形，由于采样时间较长，事实上为电压、电流包络线 。与湖东机务段内HXD1机车遇到同样问题的有北京车辆段，08年5

4、月随着CRH5动车组在北京车辆段的逐步投入使用，每天早晨CRH5动车组集中整备出库时间段，CRH5动车组同样出现因电压波动导致动车组被封锁。无论HXD1机车或CRH5动车组，电压波动导致被封锁的现象，都是交流牵引负荷在牵引变流器控制策略与接触网电压配合方面出现问题。机车或动车组数量较少时，车辆直流环节的电压波动不至于使接触网电压波动，当接触网馈线内机车或动车组达到一定数量时，就出现了接触网电压的波动。应当看到出现接触网电压的波动后，这种波动的电压作用于静置状态的机车或动车组，又加剧了牵引变流器控制策略与接触网电压配合方面本已存在的问题，使集中停放、静置整备的机车或动车组很快进入了封锁状态。湖东

5、机务段和北京车辆段上述现象的测试分析过程，并因此进行的牵引变流器控制策略的调整，对我国客专交流牵引负荷较为集中场站如何避免封锁现象的发生具有重要的借鉴意义。牵引网谐波电流放大引起的谐振过电压现象中国铁道出版社出版的世界高速铁路技术，介绍了日本新干线接触网末端，谐波电流放大，引起谐振过电压的原因为：（1） 采用AT供电，电源阻抗为直供方式的4倍.（2）采用AT供电，供电距离增长。（3）VVVF电动车组采用脉冲调制产生的15001800Hz高次谐波的含量，较交直传动明显增多。到目前为止，我国客专因牵引网内 谐波电流放大引起较大谐振过电压出现的有3次： 京秦线蓟县南牵引变电所京津城际铁路武清牵引变电

6、所合宁线龙城牵引变电所（越区供电至合武线长安集变电所）实际测试结果表明，蓟县南牵引变电所供电区段的电压异常是由牵引网高次谐波谐振引起的，列车是谐振的激励源。牵引网高次谐波谐振造成母线中谐波电压分量急剧增高，从而与基波电压合成导致电压升高，实测表明蓟县南变电所母线电压在谐振情况下可升高35 % ，燕郊分区所母线电压升高幅度较变电所大，可达50%。 牵引网高次谐波谐振的直接结果是谐波电流放大，实测表明谐振时在变电所55kV 母线上能有高达100A 的单次谐波电流。仿真结果表明，发生1720 次谐波谐振时，正常复线运行情况下，从动车组到变电所55kV 母线电流可放大617 倍，1A 的动车组谐波电流

7、可在变电所引起13kV 的谐波电压，在分区所引起26kV 的谐波电压；V 停运行时，从动车组到变电所55kV 母线电流可放大823 倍，1A 的动车组谐波电流可在变电所引起27kV 的谐波电压，在分区所引起5 15kV 的谐波电压。被放大的谐波电流与电源及牵引变压器合成的谐波阻抗相作用产生很高的谐波电压，谐振谐波电压的分布是供电臂末端分区所处最高，首端变电所处最低，末端近似为首端的2 倍。仿真与分析表明，参与牵引网谐振的有接触网并联分布电容、串联分布阻抗、牵引变压器和进线电源。根据在测试分析和仿真计算结果，提出了“京哈线蓟县南牵引变电所电压异常现象治理方案”该方案通过在蓟县南牵引变电所及其两侧

8、分区所加装消谐装置，吸收动车组产生的谐波电流，使变电所电压异常现象得到有效抑制。京哈线蓟县南牵引变电所电压异常现象，在国外曾有报导，是特定的牵引网参数与动车组谐波电流共同产物（蓟县南牵引变电所两侧供电臂较长都是近50km，其接触网参数导致了特定谐波电流放大）；结合目前在我国动车组运行已取得的对电压异常现象的测试结果，运行部门应对运行中监测到的电压异常现象引起重视，及时组织测试分析。图4.4-5 蓟县南变电所M座母线电压波形（21次谐波电压放大严重）图4.4-6 蓟县南变电所M座母线261次谐波电压（21次谐波放大严重）图4.4-7 蓟县南变电所M座母线出现谐振放大时段的电压有效值曲线图4.4-

9、8 京津城际铁路ATS3（分区兼AT所）武清方向接触线电压有效值曲线南接触线额定电压：27.5kV，图中测试时段有母线的谐振过电压现象。图4.4-9 京津城际铁路ATS3（分区兼AT所）武清方向接触线电压波形（图中波形因采样A/D饱和，有明显的切顶现象，23次谐波放大严重）图4.4-10 京津城际铁路武清变电所接触线电压波形（23次谐波放大严重）图4.4-11 京津城际铁路ATS3（分区兼AT所）武清方向接触线电压261次谐波电压（23次谐波放大严重）图4.4-12合宁线龙城所越区（供电距离：50km）至合武线长安集所，接触网末端出现谐振放大时段的电压有效值曲线图4.4-12 合宁线龙城所越区

10、（供电距离：50km）至合武线长安集所，接触网末端出现谐振放大时段的电压波形有效值曲线（17次谐波严重放大）图4.4-13合宁线龙城所越区（供电距离：50km）至合武线长安集所，接触网末端出现谐振放大时段的261次谐波电压（17次谐波严重放大）在以上京秦、京津、合宁、合武各线谐波电流放大引起谐振过电压的测试过程中，联系电力机车、动车组谐波性能测试的结果，关于谐振过电压：（1）电力机车、动车组谐波性能，即牵引取流中的谐波含量，是与测试时刻的接触网电压的畸变程度密切相关的，电压畸变严重则导致电流畸变严重。同一型号的电力机车、动车组，谐波性能有一定的差异，即同一车型运行于同一供电臂，可能只有个别几列

11、车会出现较大的谐波放大。（2）当接触网阻抗参数造成了谐波电流放大时，放大了的谐波电流引起电压畸变，畸变的电压进一步使机车或动车组谐波电流增大；这样，就形成了一个类似于正反馈的互相激励的过程，很快使接触网末端形成谐振电压，引起设备烧损。（3）对交流牵引负荷取流可能引起高次谐波放大现象应引起重视，必要时安装消谐装置予以抑制。a应重视变电所、分区所、AT所常规监测装置反映的接触网电压异常（变电所亭数采装置采样频率较低，不能准确反映放大了的谐波电流和谐波电压，但是当谐振过电压出现时，变电所亭和调度端显示的接触网电压会伴随有异常显示 ）。b牵引变压器、自耦变压器声响异常现象，尽快通过测试确定是否存在谐振

12、过电压。c对以下状态应通过测试，确定接触网内否存在谐振过电压可能：客专联调联试、供电系统内更换车型、增加重联或长编组动车组等改变运行方式。d客专联调联试及其他形式对馈线电流测试并进行谐波分析时，应特别注意其测试结果中电流THD值是否具有随电流有效值的增大呈衰减趋势。如有些不衰减的测点，甚至有的测点THD过大，则应对这些测试点的谐波造成进行分析，即找出哪些谐波被放大。合武客专联调联试期间测得的，馈线电流THD随馈线电流有效值增加呈明显衰减示例见下图。图4.4-14 合武客专麻城北变电所馈线电流THD京津城际铁路联调联试期间，ATS3（分区兼AT所）AT吸上电流THD随AT吸上电流有效值变化趋势见

13、下图，从图中可以看出，AT吸上电流THD随AT吸上电流有效值呈衰减趋势的同时，图中有一部分测试点分布较分散，说明对某些动车组的某些工作点有较大的谐波电流存在。图4.4-15 ATS3 1号AT T线电流综合畸变率THD（%）下图为合武线牵引网发生谐振过电压，并导致避雷器烧损现象发生期间测试的，供电臂内三十里铺AT所AT吸上电流THD随电流有效值变化曲线、17次谐波电流含有率，可以看出对于几个很大的THD值与对应的17次谐波电流含有率很接近，表明存在17次谐波电流放大，联系到对应的接触网电压谐波分析结果，可以确定牵引网内出现了17次谐波谐振过电压。合宁线龙城所越区（供电距离50km）供电至合武客

14、专长安集变电所，动车组位于接触网末端，三十里铺AT兼分区所，2号AT吸上电流中17次谐波电流明显放大，引起谐振过电压，规定范围为：图4.4-16（供电距离50km）供电至合武客专长安集变电所，动车组位于接触网末端，三十里铺AT兼分区所，2号AT吸上电流中17次谐波电流明显放大，引起谐振过电压1.1.2. 京秦线狼窝堡变电所谐波电流现象京秦线狼窝堡变电所馈出狼窝堡韩家林下行馈线（Scott接线变压器的M座），在狼韩间经唐山厂开闭所T接出一路馈线送电至唐山车辆厂。08年34月间CRH3型动车组于唐山厂内调试，在此期间由于CRH3型动车组组装初期牵引变流器控制调试过程，产生了两个现象：（1）动车组取

15、流不正常，造成开闭所T接馈线开关频繁跳闸。由于开闭所T接馈线开关保护动作时间与狼窝堡变电所狼韩馈线开关动作时间的配合，CRH3调试过程引起的跳闸并未影响京秦线的正常运行。（2）CRH3型动车组调试过程中，动车组取流中谐波成分较大，致使同时接于M座的功率因数补偿装置，出现谐波电流过载现象，直接表现形式为补偿装置电流从额定值的48A增加至8092A，声响异常。经现场测试发现， 狼窝堡变电所狼韩间馈线（包括唐山车辆厂调试动车组取流）严重畸变（电流波形见图4.4-1kV7）。图4.4-1kV7上图中狼韩间下行馈线电流波形最应该引起注意的是，由于唐山厂调试动车组取流特点所决定，馈线电流的每两个相邻波形均

16、不一致，而是每个波形与其后的第三个波形一致，这就形成了每三个工频周期为一个循环的波形变化规律，这种现行并不常见，与此相应狼窝堡变电所M座功率因数补偿装置电流也同时形成了每三个工频周期为一个循环的波形变化规律，见图4.4-18。kV图4.4-18唐山车辆厂停止调试动车组取流时的M座补偿装置电流波形与T座补偿装置电流波形一致。T座补偿装置电流、电压波形见图图4.4-19。图4.4-19经测试分析后，将狼窝堡变电所M座功率因数补偿装置的串联电抗器参数进行了调整，使补偿装置的谐振频率进行了偏移，将M座补偿装置的运行电流限制在装置可承受的数值范围内。唐山车辆厂调试动车组一段时间后（约10天）调试动车组取流中的上述波形消失。这一过程说明，牵引变电所对馈线负荷性质， 一定要有充分的了解；联系到中华之星动车组调试过程中，曾出现牵引取流正、负半周不对称（PWM整流，负半周比正半周少一个脉冲）致使牵引取流中出现某些明显的偶次谐波现象，任何新型牵引负荷接入馈线，对其电流波形均应考核其是否会因谐波造成不良影响。1.1.3. 变电所高压引入电源电压谐波测试的几个问题