电气化铁路高次谐波及抑制方法的探讨.pdfVIP

制僦≯ 锄p 电气化铁路高次谐波及其抑制方法的探讨 周福林陈忠革李子晗赵元哲贺建闽解绍锋李群湛 1概述 电气化铁路牵引网是由若干导线组成的多导体传输线，具有分布电容，在牵引网分布电容和 线路电抗、牵引变压器电抗以及电源电抗的作用下，牵引网具有一定的谐振频率。当牵引负荷的 电流频谱与牵引网谐振频率发生重叠时，则可激发牵引网谐振。由于牵引网的谐振频率1000Hz 以上，因此牵引网谐振主要受谐波电流激发，这种由谐波电流激发的谐振，常被称为谐波共振或 谐：玻谐振。 传统的韶山型电力机车主要采用相控技术，其电流频谱主要在分布13次以下，与牵引网发生 共：振的可能性很小。而基于交．直．交技术的电力机车和动车组的谐波分布更加广泛，主要集中在 19次以上，这与牵引网的共振频率基本一致。因此，随着交直交型电力机车和动车组的广泛采用， 高次谐波共振问题在我国大部分铁路局均有显现，成为目前影响电气化铁路安全运行的重要问题。 谐振产生的过电压过电流会对牵引供电系统产生的影响，主要包括以下方面： 1)谐波谐振引起谐波电流放大，流经电容器组，可引起电容器组熔丝熔断或电容器过流损坏； 2)谐波谐振会产生过电压，施加在回路中的电容器、互感器以及断路器等设备上，引起高压 电气设备绝缘损坏。在熔断器未及时熔断的情况下会引起电压互感器喷油、绕组烧毁甚至爆炸； 3)谐振引起的过电压，还可能导致氧化锌避雷器的损坏。在过电压的作用下连续动作，可能 最终会发生热崩溃而损坏。 4)高次谐波可注入带有电容器支路的电力机车，影响电力机车。 2牵引网谐波共振机理 为简单说明谐波谐振的机理，可将牵引网系统等效为系统电抗￡和线路分布电容c之间的并 联系统，如图18所示。等效电抗由牵引网线路电抗、电力系统反映到牵引变压器二次侧的等效电 抗决定，分布电容主要受线路长度决定。系统的自振频率可描述为 ! ，： Jn 2巧、JLC 其中Z为自振频率。 拿wⅫm t■●■★tl■■t● 中国铁路电气化技术装备交流大会及产品展示会 Id1牵引供电系统等触电镕幽 牵引负荷的谐波屯流可看作谐波电流源，1谐波电流源的谐波频率与牵引供电系统中的自然 频率一致时，则可激发并联谐振，形成谐振过l电压。 3牵引网频率阻抗特性 基于多导体传输线模型，基rMAllLAB仿真软件，构建了AT供电方式下牵引供电系统模型。 牵引网的频率阻抗特性进行了仿真分析。研究丁列车沿牵引嘲前行，在牵引网不同位置处的谐波 频率阻抗特性，以及列车在一定f≯黄F，不同牵引网供电长度对谐波频率阻抗的影响。 (1)机车位置对谐波频率阻抗的影响 线如图3所示。 刚2列车十『q位口Ⅻ∞喈艘m机 可咀看出，机车位置不影响牵引网并联谐振点．均存29砍谐波侍置；机车离牵引变电所越远， 并联共振点的谐波阻抗虽大。 (2)牵引嘲长度对谐波阻抗的影响 阻抗频率特性曲线如图4所示： …．i筵暨 麴!： 翻3牵引月l＆波m抗频率特性曲线 出图3可知： 1)随着牵引网长度的增加．发生首次并联共振点频率逐渐降低，首次并联共振点处的谐波阻 抗也逐渐降低。 2)牵引网是并联谐振、串联谐振相互交替，并联谐振点次数。 4高次谐波的抑制方案研究 为高次谐波提供流通途径，滤除高次谐波．抑制谐波其振，是有效解决高次营波共振的根本 措施。由j：高次谐波率身含量较小，频谱范围宽，频率较高，不宜采用有源滤波器技术，无源高 通滤波器是相对经济和可行的方案。如日本新干线等铁路系统中广泛安装丁RLc高通滤波器，如 图5(a)所示，以消除高次谐波共振。日式RLc高通滤波器方式在我国高速铁路中的应用存在以 下两个