《牵引供电系统谐波与无功补偿技术应用研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《牵引供电系统谐波与无功补偿技术应用研究（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、西南交通大学硕士学位论文牵引供电系统谐波与无功补偿技术应用研究姓名：周志成申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：刘承志;薛继连20060301西南交通大学硕士研究生学位论文第1 | 页A b s t r a c tT h ee I e c t r m e dr a i l w a yi st h et r e n do fr a i l w a yt r a n s p o r td e V e I o p m e n tf o ri t sp r o m i n e n ta d V a n t a g e s B u t ，t h eh a r m o n i ca n dr e a
2、c t i V ec o m p o 腿n t sp r O d u c e db ye l e c t r i c a ll o c o m O t i v en o to n l yc a u e sa d d e d1 0 s s e sa n dr e d u c et h eu t i l i z a t i o nr a t i oo ft h et r a c t i O nt r a n s f o m e b u ta l s oi n f l u e n c et h es t a b i l i t ya n ds e c u r i t yo fe I e c t r
3、i c a lp o w e rs y s t e m S o ，h a n n o n i cc o n t m la n dr e a c t i V ec o m p o n e n tc O m p e n s a t i o n 曲o u tt r a c t i O np o w e rs y s t e ma t t r tl o t so fi n t e r e s t s T h i sp 印e fa I I a l y z e dt h eh a r m o n i ca n dr e a c t i v ec O m p O n e n t sw h i c he x
4、i s ti ne l e c t r i f i e dr a i l w a yi nd e t a l l T h eo p e r a t i O n a le f f b c t so ft l l eh a m o n i ca n dr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i O ne q u i p m e n t sw h i c ha r eu s e di nD O n g y et r a c t i o “P o w e rs t a t i o nS h u O h u a n gr a i l w a y ，Z h o
5、u s h i z t l u a n ga n dG a o y 锄gt r a c t i O np o w e rs 诅t i o nF e n g s h a d ar a i l w a ya r et e s t e da n d蛐a l y z e di np r a c t i c a I T h et e s tr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h eh a r n l o n i c 柚dr e a c t i v ep O w e rc o m p e n s a I i o ne q u j p m e n t su s e
6、di nt r a c t i O ns u b s t a t i o na r cp a s s i v e I te m p h i z e stx西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页第一章绪论电气化铁道具有速度快、运输能力强、能源利用效率高及有利于环境保护等优点，是我国铁路发展的方向。但是，电力机车用电存在着单相、非线性、冲击性、波动性及功率因数低、谐波电流大的特点，谐波和无功大量注入电网，引起电压闪变、频率不稳定、设备损坏，特别是电网系统容量较小时，这种影响更大“。如：山西省忻州地区电网，系统容量仅为l o o O M v A ，担负着北同蒲5 座、神朔线4 座、朔黄线3 座牵引变
7、电所的供电任务，近年来随着运量的不断增加，谐波污染曰益严重，忻州电力分公司多次与朔黄铁路公司、神朔铁路公司探讨相关问题的治理事宜。因此，在我国电力工业相对落后的大背景下，有必要同时也应该对电气化铁路引起的谐波及无功问题进行分析研究，以制定较好的治理方案。1 1 牵引供电系统谐波和无功现状1 1 1 牵引供电系统牵引供电系统是由建立在铁道沿线上的多个牵引变电所、分区所、钢轨及接触网组成的动态负荷网络( 如图卜1 ) 。牵引变电所一般引接于电力系统1 1 0 k V 独立电源回路，经牵引变压器降压为2 7 5 k V ( 或5 5 k V ) 后通过牵引网向电力机车供电。电力机车经多段半控桥式整流
8、后驱动直流牵引电动机，在架空接触网与钢轨之间行驶“1 。图1 I 朔黄线牵引供电系统简图由于电力机车采用单相供电，且具有流动性，因此将产生负序电流注入系统。为了减少其不对称运行对电力系统的影响，运行中将各牵引变电所的高压侧三相换相接入系统，使全线的机车负荷相对均匀地分布在系统各相上。西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页1 1 2 电力机车谐波电流牵引变压器的每一供电臂上可以有多台电力机车运行，每一台机车产生的谐波电流及无功功率均经上述牵引网传递到供电臂送端进行叠加后注入牵引变压器。由于电力机车运行方式的多样性和牵引网谐波及无功计算的复杂性，实际分析过程中一般对供电臂送端总电流的无功进行实测统
9、计，得到一组有代表性的统计值或对不同供电臂电流的线性回归方程，作为谐波及无功计算的依据。2 0 0 4 年7 月2 6 日在朔黄线东冶牵引变电所进行了测试，当供电臂电流I = 5 0 8 A 时，1 l O k v 侧电流的波形图及基波、各次谐波的幅频特性、基频和各次谐波电流有效值如下：1 、电流波形图如图卜2 所示；图1 2 电流波形图2 、基波、各次谐波的幅频特性图如图卜3 所示；图l 一3 基波、各次谐波的幅频特性图西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页3 、谐波电流含有率统计情况如表卜1 ：表卜1 谐波电流含有率统计表谐波次数I l1 2I31 4I51 61 71 8含量( )1 0
10、 0O 2 5l l - 1 50 2 59 0 5O 1 54 1 2O 3 4谐波次数I oI l oI lL1 1 2I | 3I l tI 【51 1 B含量( )l _ 4 20 4 l0 2 40 2 50 9 10 0 21 5 60 2 9喈波次数1 1 71 1 81 1 91 2 01 2 l1 2 2I2 3I2 4含量( )O 8 2O 30 3 7O 4 4O 1 4O 4 4O 2 9O 3 4谐波次数I2 51 2 B1 2 71 2 81 2 91 3 0I3LI W含量( )O 4 20 1 70 2 4O 2 3O 1 4O 1 5O 1 94 、基频和各次
11、谐波电流有效值如表卜2 。表1 2 基频和各次谐波电流有效值谐波次数I I1 2I3I 1 51 61 71 日有效值( A )3 7 0O 9 1 54 1 3 lO 9 3 73 3 5 20 5 6 91 5 2 71 2 5 7谐波次数I 。I l oI 1 1 21 1 31 1 1 1 5I I B有效值( A )5 2 5 71 5 2 3O 8 8 80 9 1 73 3 7 40 0 8 35 7 8 21 0 8 1谐波次数1 1 71 1 81 1 91 2 01 2 I1 2 2I 拍1 2 4有效值( A )3 0 2 41 1 0 41 3 5 31 6 4 2O
12、5 3 31 6 2 61 0 7 51 2 6 2谐波次数1 2 sI 柚I2 T1 2 81 2 9I3 0I3 lI W有效值( A )1 5 6 l0 6 2 4O 8 7 30 8 4 lO 5 1 70 5 4 5O 6 9 1由以上实测统计分析，电力机车牵引电流中谐波的频率分布范围比较广，但主要是奇次谐波，其中以3 、5 、7 次为主，同时由于牵引负载为感性负载，其额定功率因数较低，必将产生大量的无功，于是必须进行谐波与无功的治理。1 2 谐波及功率因数标准1 2 1 谐波标准为了避免谐波的危害，保持较高的电能质量，不少国家和国际组织制定了限制用电设备的谐波标准。在这些标准中，被
13、广泛接受的有I E E E 5 1 9 标准和I E C 6 5 5 5 2 标准。在我国，原水利电力部于1 9 8 4 年根据国家经济委员会批转的全国供用电规则的规定，制定并发布了S D I l 2 6 8 4 电力系统谐波管理暂行规定。国家技术监督局于1 9 9 0 年和1 9 9 3 年分别颁布了电能质量、西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页谐波方面的国家标准G B l 2 3 2 5 9 0 、G B l 2 3 2 6 ( 电能质量供电电压允许波动和闪变) 和G B T 1 4 5 4 9 9 3 电能质量公用电网谐波，该标准己于1 9 9 4年3 月1 日起在全国实施，给出了公用
14、电网谐波电压、谐波电流的限制值“1 。公共连接点的全部用户在该接点谐波电压( 相电压) 限值如表卜3 。表卜3 公用电网谐波( 相电压) 限值表电网标称电压总谐波电压畸变率( )各次谐波含有率( )( k V )奇次偶次0 3 85 O4 O2 O64 03 21 6 1 03 5 3 O2 41 26 61 1 02 01 60 8公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量( 均方根值) 不应超过表卜4 中规定的允许值。表卜4 注入公共连接点的谐波电流允许值标准电压基准短路2 次3 次4 次5 次6 次7 次8 次9 次l O 次1 1 次k V容量M v A( A )( A )( A )
15、( A )( A )( A )( A )( A )( A )( A )O 3 81 07 86 23 96 22 64 41 92 l1 62 861 0 04 33 42 l3 41 42 4l ll l8 51 6l O1 0 02 62 01 32 08 51 56 46 85 19 33 52 5 01 51 27 71 25 18 83 84 13 15 66 65 0 01 61 38 11 35 49 34 14 33 35 91 1 07 5 01 29 。669 646 833 22 。44 3 标准电压基准短路1 2 次1 3 次1 4 次1 5 次1 6 次1 7 次1
16、8 次1 9 次2 0 次k V容量M v A( A )( A )( A )( A )( A )( A )( A )( A )( A )O 3 81 01 32 41 11 29 71 88 61 67 861 0 07 11 36 16 85 31 04 794 31 01 0 04 37 93 74 13 262 85 42 63 52 5 02 64 72 22 51 93 6L73 21 56 65 0 02 752 32 623 81 83 4l I61 1 07 5 023 71 7l _ 91 52 8l _ 32 51 2注：2 2 0 k v 基准短路容量取2 0 0 0 M V A当公共连接点处的最小短路容量不同于基准
