帶回流線的直供型牽引供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量研究

答辯人：張蕾學(xué)號：指導(dǎo)老師：李華偉1提綱SS4型電力機車的建模與仿真研究帶回流線的直供型牽引網(wǎng)的建模與供電系統(tǒng)的研究牽引供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量研究電力機車產(chǎn)生的諧波，負序問題電網(wǎng)側(cè)頻率偏差，電壓偏差、驟降（升）對電力機車運行的影響2008-6-152張蕾（04291146）第一部分

SS4電力機車的建

模與仿真研究2008-6-153張蕾（04291146）2、仿真電路圖

第一部分：SS4電力機車網(wǎng)壓電源為的理想電壓源；變壓器：4760kVA，25000/671.14/2×335.57V；漏抗11%；平波電抗器0.0078H，牽引電機的總電阻為0.044104Ω。2008-6-155張蕾（04291146）3、整流電路漏抗的影響考慮漏抗時四段整流橋的輸出電壓：要計算有重疊導(dǎo)通時的輸出電壓平均值，就得在每次換流中從不考慮重疊的輸出電壓中減去換流期的電壓損失，只要計算換相壓降即可。==

第一部分：SS4電力機車2008-6-156張蕾（04291146）4、SS4主電路的調(diào)速特性在整流電壓電流的線性給定值下，由牽引電機空載電勢的計算整流橋的觸發(fā)角的確定描繪SS4電力機車的調(diào)速特性曲線，如右圖：

第一部分：SS4電力機車2008-6-157張蕾（04291146）第二部分

帶回流線的直供型牽引網(wǎng)的建模與供電特性2008-6-159張蕾（04291146）第二部分：牽引網(wǎng)1、牽引網(wǎng)阻抗的等效原理2008-6-1510張蕾（04291146）第二部分：牽引網(wǎng)六個傳輸線模塊（seg1～seg6），每一表示5km,總供電距離為30km?！柏撦d”為機車，距離變電所15km處,機車等效阻抗(62.5+j46.875)Ω,三相電源參數(shù)：線電壓110kV。變壓器參數(shù)：容量50MVA,變比110kV/27.5kV，短路阻抗百分數(shù)10.5%。2、仿真電路圖2008-6-1511張蕾（04291146）隨著節(jié)點離變電所距離變長，鋼軌電壓下降泄露電流的影響主要表現(xiàn)在當(dāng)電力機車通過時，會引起通信設(shè)備地電位升高，從而影響通信設(shè)備的正常運行。列車處鋼軌電位越高，列車獲得的牽引電壓就越小。所以，降低鋼軌電位是很有實際意義的。第二部分：牽引網(wǎng)2008-6-1513張蕾（04291146）帶SS4機車負載時第二部分：牽引網(wǎng)除了用機車模型代替恒阻抗負載，還將電力機車位于離牽引所12km處，其他參數(shù)取值均不變。3、仿真電路圖2008-6-1514張蕾（04291146）帶SS4電力機車負荷與帶恒阻抗負荷時鋼軌電位的變化趨勢完全一樣，只是在鋼軌電位值大小上又差異。畢竟電力機車是一個非線性變化的負荷，不是一個恒阻抗。其諧波含量明顯，也導(dǎo)致讀數(shù)時其值過大第二部分：牽引網(wǎng)2008-6-1515張蕾（04291146）第二部分：牽引網(wǎng)上行機車位于12km處，下行機車在15km處4、復(fù)線區(qū)段的供電特性2008-6-1517張蕾（04291146）復(fù)線區(qū)段與單線時的幾乎所有的參數(shù)的變化趨勢相同。且由于復(fù)線是上下行分開并聯(lián)供電，電力機車位置不同，上下行的電壓電流的取值也不一樣，即牽引網(wǎng)供電系統(tǒng)中，各部分電壓電流的分布與機車的所在位置密切相關(guān)。相較于單線供電，復(fù)線供電時，電力機車的運行使電力系統(tǒng)中的諧波含量更是明顯增加，網(wǎng)壓側(cè)的電流諧波含量非常大，導(dǎo)致其的波形畸變更為嚴重。第二部分：牽引網(wǎng)4、復(fù)線區(qū)段的供電特性2008-6-1518張蕾（04291146）第三部分：電能質(zhì)量研究

分單復(fù)線供電區(qū)段從以下幾方面分別討論了電能質(zhì)量的問題：電力機車引起的諧波分析電力機車產(chǎn)生的負序分量

電網(wǎng)頻率偏差的影響網(wǎng)壓側(cè)電壓驟降的影響網(wǎng)壓側(cè)電壓偏差的影響第三部分：電能質(zhì)量2008-6-1519張蕾（04291146）1、電力機車引起的諧波分析當(dāng)諧波電流返回系統(tǒng)時，由于牽引網(wǎng)對地分布電容和回路電感的影響，可能構(gòu)成諧波的諧振回路，造成諧振放大，危及系統(tǒng)安全。諧波電流流過牽引變壓器，會產(chǎn)生諧波電壓降，引起附加鐵損和銅耗，使變壓器容量減小，效率降低。消除或者減少電力系統(tǒng)中的諧波含量，措施：在牽引變電所牽引側(cè)或者是電力機車上加裝裝設(shè)并聯(lián)電容補償裝置減少諧波電流的發(fā)生量電力系統(tǒng)增容，調(diào)整運行方式等等。第三部分：電能質(zhì)量2008-6-1521張蕾（04291146）2、電力機車產(chǎn)生的負序分量復(fù)線區(qū)段當(dāng)牽引變壓器所采用單相接線牽引變壓器時，其負荷在三相電力系統(tǒng)中引起的負序電流絕對值與正序電流絕對值相等，電流不對稱系數(shù)為也依然為100%。圖中也清楚的顯示了零序電流為0，即單相的電力機車負荷并沒有在系統(tǒng)中引起零序電流。

單線區(qū)段第三部分：電能質(zhì)量2008-6-1522張蕾（04291146）2、電力機車產(chǎn)生的負序分量三相電壓、電流不平衡造成的危害，主要有：引起旋轉(zhuǎn)電機的附加發(fā)熱和振動，使發(fā)電機容量利用率下降，危及其安全運行和正常出力；使變壓器壽命縮短，且還會因磁路不平衡，造成附加損耗引起以負序分量為啟動元件保護發(fā)生誤動作；對于通信系統(tǒng)，會增大對其干擾，影響正常通信質(zhì)量。所以，為了減少單相牽引負荷對負序影響的改善措施：

牽引供電系統(tǒng)：相鄰牽引變電所的牽引變壓器原邊換接相序；牽引變電所采Scott接線的變壓器；電力系統(tǒng)：在發(fā)電廠或者樞紐變電所安裝特殊訂貨的同步調(diào)相機，或者是臨時性的過渡措施，來改變系統(tǒng)負序電流的分配，以減少負序電流流入負序承受能力弱或較重的設(shè)備。第三部分：電能質(zhì)量2008-6-1523張蕾（04291146）3、電網(wǎng)頻率偏差的影響當(dāng)電力系統(tǒng)的頻率上升時，電力機車較短的時間內(nèi)就會出現(xiàn)整流異常，甚至只有0.1s左右。牽引電機的直流漸漸下降的達到一個新的平衡，不會出現(xiàn)立即降至幾乎為0的突變。但是頻率的上升還是很容易就導(dǎo)致整流觸發(fā)異常，使牽引電機的直流電流過低。當(dāng)電力系統(tǒng)的頻率下降時，較頻率上升時，觸發(fā)失敗的時間略長，但若整流一旦發(fā)生異常，在短時間內(nèi)（不到兩個周期）整個電路就觸發(fā)失敗，牽引電機直流也在隨之立即下降至幾安培，嚴重影響牽引電機的正常工作。值得注意的是：頻率下降時，在整流觸發(fā)失敗之前，牽引電機的直流分量有一個明顯增加的過程，甚至?xí)哌_牽引電機額定工作電流的2倍，顯然，若是讓牽引電機長時間在如此高的電流下工作，會大大的影響電機的壽命，甚至導(dǎo)致其燒毀。第三部分：電能質(zhì)量2008-6-1525張蕾（04291146）4、網(wǎng)壓側(cè)電壓驟降的影響

在加上斷路故障時，會引起電網(wǎng)側(cè)的電流的諧波含量增加。并且，故障持續(xù)的時間越長，其增加的諧波含量越大。單線區(qū)段第三部分：電能質(zhì)量2008-6-1526張蕾（04291146）5、網(wǎng)壓側(cè)電壓偏差的影響

在整流橋均為滿開放時，調(diào)節(jié)網(wǎng)壓側(cè)的電壓值，當(dāng)網(wǎng)壓下降為102.75kV時，整流側(cè)的牽引電機工作在額定的工作狀態(tài)，此時，其直流分量分別為1.0328kV，0.840117kA。此時，牽引網(wǎng)的功率因數(shù)為：第三部分：電能質(zhì)量2008-6-1529張蕾（04291146）5、網(wǎng)壓側(cè)電壓偏差的影響

在整流橋均為滿開放時，若網(wǎng)壓側(cè)的電壓值繼續(xù)下降，牽引電機的電流也將低于其額定電流840A。當(dāng)網(wǎng)壓下降為10%，即為99kV時，整流側(cè)電壓電流的直流分量分別為1.02569kV，0.745709kA，則牽引功率為此時，牽引網(wǎng)的功率因數(shù)為：第三部分：電能質(zhì)量2008-6-1530張蕾（04291146）5、網(wǎng)壓側(cè)電壓偏差的影響相較于在同等條件時在機車在額定工況工作條件下，當(dāng)其牽引功率下降時，會導(dǎo)致其主電路的功率因數(shù)下降。在整流電路中，因為直流側(cè)的電壓與電流值與晶閘管的觸發(fā)角直接相關(guān)但是若是網(wǎng)壓側(cè)的電壓值過低時，即使整流橋全部滿開放，整流電壓也不能達到牽引電機的額定功率，此時，電力機車的正常運行就會受到影響。而若是網(wǎng)壓側(cè)的電壓值過高，雖然理論上，可以通過觸發(fā)角的調(diào)節(jié)總是能使整流橋的輸出電壓值保持在牽引電機的額定電壓上，但是過高的網(wǎng)壓會使晶閘管壽命縮短，甚至燒毀。所以這也是不允許的。在復(fù)線區(qū)段，其現(xiàn)象與結(jié)論與單線區(qū)段一致。第三部分：電能質(zhì)量2008-6-1531張蕾（04291146）總結(jié)與展望結(jié)果表明：由于電力機車為單相相控整流型非線性負荷，必然會在電力系統(tǒng)引起負序分量，諧波含量多，功率因數(shù)低等電能質(zhì)量問題。同時，電力系統(tǒng)的頻率偏差以及電壓偏差對電力機車影響也是不容忽視的。電力機車對頻率變化很敏感，以內(nèi)的頻率偏差也極易導(dǎo)其整流裝置觸發(fā)紊亂，甚至觸發(fā)失敗，使電力機車不能正常運行。所以，為保證電氣化鐵路經(jīng)濟、安全的運行，必須將牽引供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量控制在安全合理范圍內(nèi)。2008-6-1532張蕾（04291146）總結(jié)與展望由于本人能力及時間所限，本文所做的工作中尚有一些