我国电气化铁路高次谐波谐振问题研究综述

自2007年京哈线第一次发生牵引供电系统高次谐波谐振以来,已有超过15条电气化铁路发生过谐振事故,严重影响铁路运输系统的安全稳定运行.通过案例分析和统计,总结谐振规律及其危害.根据电路结构阐明车网电气耦合关系,分别介绍交流机车谐波源特性和牵引供电系统阻抗频率特性的建模方法,并提供一种简化谐振机理分析来解释主要谐振规律....     

京沪高铁固镇变电所直挂式高压有源滤波器测试分析

随着大量不同型号的电力机车上线运行,电力机车产生的谐波和无功分量影响了电网电能质量,严重时影响电气化铁路的正常运行,牵引供电系统谐波治理和无功功率补偿得到运营单位的广泛关注.依托京沪高速铁路谐波治理工程,研制了直挂式高压有源滤波器,并在固镇牵引变电所两供电臂T-N间分别装设进行运行测试,实时监测铁路供电系统负序和牵引网谐波电流.通过有源补偿装置补偿,能吸收牵引供电系统2～13次低次谐波,改善功率因数、电压质量及负序和减少谐波对供电系统的影响.     

车网系统高频谐振特性分析

近年来,随着交—直—交型电力机车和动车组的大量上线运行,在提高铁路运输效率和质量的同时,也使得牵引供电系统中的谐波特性发生变化,即低次谐波大大减少的同时,也带来了丰富的高次谐波。虽然这些高次谐波含有率不高,但却大大增加了系统发生高频谐振的可能性。当系统发生高频谐振时,往往会形成较大的过电压,影响系统的安全和稳定运行。文章选取由交流传动电力机车和牵引供电系统组成的车网系统作为研究对象,建立了车网系统联合仿真模型,并基于仿真分析结果和线路实测数据,对车网系统高频谐振特性进行了分析研究。     

交直交电力牵引谐波的影响与改进

测试结果表明交直交动车组、大功率电力机车与传统电力机车相比最显著的特征是其谐波特性不同,对牵引供电系统、动车组的影响较大。本文列举上海铁路局管内交直交电力牵引负荷的谐波特性及其对牵引供电系统、动车组的影响,经研究试验采用了相应技术措施进行改进,确保牵引供电系统和动车组的正常运行。     

基于小功率模拟实验平台的车网电气耦合分析

针对电气化铁路发生的因交-直-交型机车与牵引供电网电气参数不匹配引起的高次谐波谐振和低频振荡问题,在分析其产生机理的基础上,搭建包含等效机车和等效牵引网的小功率车网耦合模拟实验平台,并对高次谐波谐振和低频振荡现象进行实验设计,实现了现象的复现和分析。实验结果表明:搭建具有机车特征次谐波频率附近谐振点的等效牵引网可复现高次谐波谐振现象,调节牵引供电系统输出阻抗和机车输入阻抗使车网系统阻抗不匹配可复现低频振荡现象。搭建的模拟实验平台为进一步开展电气化铁路车网系统谐波谐振与低频振荡问题的深入研究提供实验条件。     

枢纽牵引供电系统谐波问题探讨

结合上海南翔枢纽牵引变电所实际情况,介绍了枢纽牵引供电系统输电网络特性。基于现场实测数据,分析了不同牵引负荷和不同运行工况下牵引变电所的谐波特性。应用Matlab/Simulink仿真软件搭建了枢纽牵引供电系统仿真分析模型,仿真分析了接入牵引网数量对牵引供电系统谐波阻抗特性、不同行车运行工况下系统谐波畸变的影响。仿真结果表明,枢纽牵引供电系统存在主谐振点和多谐振点构成的谐振带;系统谐波频带丰富,极易造成高次谐波放大,进而造成谐波畸变率增大。对此,论文最后提出了一些抑制措施。     

电动车组谐波评判方式简析

电气化铁路牵引供电系统谐波及其评判标准一直是电力和铁路部门关注的问题。电动车组及电力机车为主要谐波源,对其评判仍没有明确的标准进行规定。本文对国内外供电系统的谐波评判标准和方法进行了简单介绍,同时结合动车组实测网侧谐波,对电动车组网侧谐波评判方式提出了相关建议。     

基于模态分析的牵引供电系统谐波谐振过电压研究

针对高铁牵引供电系统的谐振过电压问题,通过分析其谐波特性,综合考虑线路集肤效应及分布参数的特性,研究由接触网、馈线、钢轨回路(包括大地)、回流导线以及牵引变电所至接触网的馈电线等构成的牵引网的参数计算方法,建立牵引网线路等效模型,使用该模型计算牵引网线路参数;采用模态分析方法解耦牵引网与电力机车的耦合关系,确定基于车网耦合的牵引供电系统的谐波谐振次数、电压波形、影响范围等数据以及所引起的牵引网过电压机理;通过EMTP-ATP软件建立基于AT供电方式与CRH2型动车组的车网耦合仿真模型,得到牵引网网压状态.通过与实测的机车负荷、谐波电流等数据对比可知,仿真结果与实测数据分析结果一致,验证了该方法的正确性.     

交直交机车谐波特性及其诱发过电压的治理

针对现代铁路大量采用交直交电力机车后,在牵引供电系统中频繁出现的设备绝缘击穿、避雷器爆炸、变电所跳闸、牵引网接触线烧损等问题,利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立分布参数的牵引网模型和变流器-电机联合控制的电力机车模型,研究分析牵引网长度、机车位置与不同谐波阻抗测量点阻频特性的关系;牵引功率和牵引网电压对交直交电力机车谐波特性的影响。基于以上两点总结谐振过电压的分布特点,利用GA算法优化高通滤波器的参数并仿真分析不同安装位置时的谐波电压分布情况,得出在变电所出线安装可使电压畸变率降为0.35%,满足公用电网电能质量3%的指标,且有充足的安全裕量。     

包神铁路神华号电力机车谐波特性研究

神华号电力机车为神华集团主力运输车型之一,采用交直交型传动系统,功率大、功率因数高,但谐波频谱更宽,其谐波特性与传统货运交直型电力机车有明显区别。通过建立牵引供电系统和神华号电力机车仿真模型,对不同工况下神华号电力机车谐波特性进行分析,并得出结论,为谐波治理提供参考。     

混合补偿治理电气化铁道谐波污染新方法

针对我国铁道电气化的谐波问题,提出了电气化铁道的谐波治理理论计算模型,构建了一种利用混合补偿进行牵引变电所谐波综合补偿的方案,在牵引变电所技改工程中采用无源滤波器与有源滤波器装置结合,组成混合补偿器,能保持较强的滤波能力。经过实践检验证实投资较少并且效果良好。     

交直流机车混跑牵引网谐波特性仿真研究

随着电气化铁路的快速发展和电力机车的更新换代,交直电力机车与交直交动车组混跑引起的牵引网谐波问题越发严峻。为分析多车混跑线路谐波传输特性,以现阶段运行最多的交直机车SS6B和交直交动车组CRH2为例,利用Matlab/Simulink仿真软件建立车网联合仿真模型。通过对SS6B电力机车和CRH2动车组谐波特性的仿真分析,验证模型的正确性。在车网联合仿真模型的基础上,分别针对不同牵引网长度、不同机车位置及机车工况变化3种情况下的牵引网谐波特性进行分析。该研究结果表明联合仿真模型能精确反映交直流机车混跑对牵引网谐波的影响。     

基于有源滤波器的V,v接同相供电系统

针对电气化铁道牵引供电系统三相严重不平衡,存在大量谐波和无功,尤其是相邻供电区段间必需用分相绝缘器分隔问题,将V,v接变压器与有源滤波器和AT供电方式有机结合,构造出新型同相牵引供电系统。系统中V,v接变压器的一个带中抽头的副边绕组接AT牵引网,并通过有源滤波器接另一副边绕组,使各供电区段电压相同,从而可以取消分相绝缘器;以检测到的同相综合补偿电流为参考,控制有源滤波器消除三相不平衡,并滤除谐波和无功。仿真证实该同相供电系统方案正确可行,适宜应用于高速电气化铁道。     

Mal-operation Reason Analysis and Solution for Differential Voltage Protection of Shunt CapacitorsEI北大核心

Research purposes: Shunt capacitors are the important device of power system in electrified railway. The relay for shunt capacitors is equipped with over-current, harmonic over-current, difference current, differential voltage protections, etc. When HXD locomotive went through some power supply arms on Long-Hai line, mal-operation of differential voltage protection for shunt capacitors occurred frequently. According to load characteristic of AC-DC-AC locomotive and actual situation on site, the fault wave of differential voltage protection in a traction substation is analyzed, the reason of mal-operation is found, and the corresponding solution is got. Research conclusions:(1) The mal-operation reason of differential voltage protection is caused by Fourier transform which is influenced by frequency aliasing. The influence of frequency aliasing results in the amplification of differential voltage value and mal-operation of differential voltage protection. (2) By altering the sampling frequency from 20 points per period to 100 points per period, the influence of frequency aliasing on Fourier transform is eliminated. (3) There have been no longer mal-operations of differential voltage protection, ever since the revised program of protection came into use. (4) In the area of power supply system of electrified railway, this analytical method and solution have important reference value in analysis and application of electrical quantities with higher harmonics. © 2018, Editorial Department of Journal of Railway Engineering Society. All right reserved.     

行波法在电气化铁道牵引网故障测距中的应用

根据电气化铁道牵引供电系统线路结构、供电及运行方式等特点和不同故障测距方法的比较,详细分析了行波法在电气化铁道牵引供电系统的应用。     

车网高次谐波引起谐振过电压的治理措施浅析

基于京津延长线多个区段因机车引起高次谐波而发生跳闸现象,介绍了一种新型高通滤波装置来消除电网中由于高次谐波而产生的谐波过电压。为国内电气化铁路提高牵引供电能力及安全运行的措施提供借鉴。     

电气化铁道牵引供电系统加窗插值法的谐波分析

传统电气化铁道牵引供电系统的谐波分析方法受频谱泄漏和栅栏效应的影响,不能准确地得到谐波相关参数。为此,提出一种采用加六项优化余弦组合自卷积窗和四谱线插值结合的新算法对谐波进行分析。首先采用复调制细化法分析信号中基波频率附近的谐波成份,剩余信号加窗处理,利用离散傅里叶变换找出谐波频点附近相应离散频谱的4根峰值谱线,利用插值算法对电气化铁道牵引供电系统中谐波相关参数频率、幅值及相位进行加权修正并推导出计算公式,从而进一步提高分析结果的准确性。     

牵引供电系统无功谐波电流检测方法的分析

研究了3种适用于牵引供电系统无功谐波电流的检测方法,包括基于瞬时无功理论的无功谐波电流检测方法、基于函数正交特性和基于有功电流分离方法的无功谐波电流检测方法.给出了相应的检测原理及系统框图,参考西南交通大学电气工程学院研发的BDC-5型牵引变电站电能质量监测系统测试的昭通变电所电能质量数据构造负载进行建模仿真,第2种和第3种方法具有较高精度和较好的实时性,在电气化铁道供电系统中推荐使用.     

HX_D1B型机车谐波特性分析

自2007年,以HXD1型机车投入运用为标志,我国电气化铁路牵引动力开始了＂交—直＂传动向＂交—直—交＂传动转化的进程。目前,已有超过4 500台交流传动电力机车投入运营。随着交流传动电力机车的大量投入使用,一方面极大地提高了铁路运输效率和质量,另一方面也给电气化线路带来了谐波谐振的问题,影响系统的稳定和安全运行。文章阐述了HXD1B型机车的电气原理,然后通过仿真和线路实测数据对其谐波特性进行了分析,最后通过理论结合实测数据的统计分析,阐述了车网系统谐波谐振特性。这些基础工作对分析该系列车型运用性能和研究高次谐波谐振抑制方案具有一定的参考价值。