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1、山东职业学院毕业设计（论文）题目：电气化铁道电能质量分析与研究系别： 电气工程系专业： 电气化铁道班级： 学生姓名： 指导教师： 完成日期： 24摘要电气化铁路牵引负荷是具有非线性、波动性和冲击性的大容量不对称负荷， 其电能质量问题具有特殊性。研究这些特性以及它们对于电力系统的影响是对 电气化铁路牵引负荷进行科学、合理的电能质量评估的基础。 本文依据国家标准和行业导则，并考虑电能质量现有检测水平，建立了电气化铁路牵引负荷电能质量评估的指标体系，并深入探讨。评估指标体系中，纳入了电压偏差、频率偏差、电压波动与闪变、电网谐波含量、和三相电压不平衡度5项电能质量指标。本文也指出了该指标体系进一步丰富
2、的方向。在综述电能质量的衡量指标的基础上，也对各指标偏差改善措施进行了总结的基础上，分析了各种分析方法的优缺点和适用范围，幷提出静止型动态无功补偿装置SVC对电能质量的改善作用。对于进一步提高电能质量的研究提供参考。关键字 牵引负荷；电能质量；指标体系；改善措施目录摘要I目录II1 绪论12电能质量32.1电能质量的定义32.2电能质量的衡量指标42.3电气化铁道供电系统的特性62.4电气化铁路电能质量的研究现状和研究意义73 电气化铁道牵引负荷113.1电气化铁道牵引供电系统的负荷特性113.2电气化铁道牵引负荷对电能质量的影响因素124 改善电能质量的方法与措施144.1改善电能质量的意义
3、144.2电能质量的影响因素及提高方法与措施154.3 SVC 静止型动态无功补偿装置174.3.1 SVC 的发展174.3.2 SVC 的工作原理及在电网中应用174.3.3 谐波抑止与无功补偿184.3.4 负序电流补偿18总结20致谢22参考文献231 绪论众所周知，伴随着时代的发展人类的进步，人类对于电器的使用已经进入了一个新纪元，可以说人类的生产、生活、社会的发展，都离不开电的使用。电力的应用已经渗透于人类的方方面面，但从人们的衣食住行就可以看出人们对于电器的使用以及对于电力的依赖，电力的应用促进了人类的生活模式，改善了人们的生活方式。社会的发展日趋优越，而人类的生活也由手工劳作变
4、为机械工程，人类进入了一个高度信息化、机械化的时代。为顺应时代的发展，提高人们生活质量，同时伴随人们生活节奏的加快，人们对于电力不仅仅是简单的使用，更要求对电能质量的提高，改善，以适应当代社会对电能的利用。目前,我国铁路电气化率已经达到45%,电气化铁路的快速发展对推动社会进步和经济发展做出了重要作用。根据铁道部中长期发展规划,到2020年,中国铁路总里程将达到12万公里,其中电气化铁路里程将达到60%以上。电气化铁路是否发达已成为衡量一个国家现代化与否的重要标志。近几年来,电气化铁路在世界范围内得到了迅速的发展。但与此同时,电力机车需要的功率越来越大,对电网的冲击性也越来越严重。电力机车产生
5、大量的谐波和负序电流注入牵引供电系统,导致的牵引供电系统的电能质量下降。这一问题已引起世界各国的重视,各国针对本国电气化铁路的实际情况,并采取了多种治理措施。铁路作为国民经济的重要基础设施，在我国综合交通运输体系中扮演重要角色。在加快建设节约型社会中，铁路肩负着重要责任。一方面作为消耗能源的重点行业，在节能降耗、提高能源综合应用效率方面大有潜力可挖;另一方面电气化铁路长期存在着功率因数低、谐波含量。这也充分证实了电能质量对于我国铁路事业所具备的特殊意义。如何去改善、提高电能质量成为了我们电气化铁路的重中之重，理解电能质量对于电气化铁路牵引负荷所具有的意义。同时我国电气化铁路总里程已突破4.8万
6、公里，跃升为世界第一位。其中，我国高速铁路已达8600余公里，稳居世界首位。通过我们对于电气化铁路电能质量，电气化铁路牵引负荷的学习与理解，了解如何去改善，提高电能质量。以备我们投身于祖国铁路建设事业之中，为祖国铁路事业贡献自己的力量。2电能质量2.1电能质量的定义由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能。电能质量即
7、电力系统中电能的质量。理想的电能应该是完美对称的正弦波。一些因素会使波形偏离对称正弦，由此便产生了电能质量问题。一方面我们研究存在哪些影响因素会导致电能质量问题，一方面我们研究这些因素会导致哪些方面的问题，最后，我们要研究如何消除这些因素，从而最大程度上使电能接近正弦波。电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。理想状态的公用电网应以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户供电。同时，在三相交流系统中，各相电压和电流的幅值应大小相等、相位对称且互差120。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称，负荷性质多变，加之调控手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想
8、的状态并不存在，因此产生了电网运行、电力设备和供用电环节中的各种问题，也就产生了电能质量的概念。围绕电能质量含义，从不同角度理解通常包括1）电压质量：是以实际电压与理想电压的偏差，反映供电企业向用户供应的电能是否合格的概念。这个定义能包括大多数电能质量问题，但不能包括频率造成的电能质量问题，也不包括用电设备对电网电能质量的影响和污染。2)电流质量：反映了与电压质量有密切关系的电流的变化，是电力用户除对交流电源有恒定频率、正弦波形的要求外，还要求电流波形与供电电压同相位以保证高功率因素运行。这个定义有助于电网电能质量的改善和降低线损，但不能概括大多数因电压原因造成的电能质量问题。3)供电质量：其
9、技术含义是指电压质量和供电可靠性，非技术含义是指服务质量。包括供电企业对用户投诉的反映速度以及电价组成的合理性、透明度等。4）用电质量：包括电流质量与反映供用电双方相互作用和影响中的用电方的权利、责任和义务，也包括电力用户是否按期、如数交纳电费等。2.2电能质量的衡量指标电能质量的主要指标有：电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、公用电网谐波和公用电网间谐波等。(1)电压偏差是物理学上的专有名词，指的是实际电压与额定电压之差对系统标称电压的百分数。35KV及以上供电电压的正负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10%，10KV及以下三相供电电压允许偏差为标称电压的7%，220V单相供
10、电电压允许偏差为标称电压的7%、10%；系统无功功率不平衡是引起系统电压偏离标称值的根本原因。频率偏差是指电力系统在正常运行条件下，系统频率的实际值与标称值之差。频率偏差表达式为：频率偏差=实际频率标称频率（我国系统标称频率为50HZ，国外有60HZ的）；我国电力系统的正常频率偏差允许值为0.2HZ，当系统容量较小时，频率偏差值可以放宽到0.5HZ；系统有功功率不平衡是产生频率偏差的根本原因。指三相电力系统中三相不平衡的程度，用电压或电流负序分量与正序分量的方均根值百分比表示。（3）电压波动和闪变 电压波动和闪变的危害表现在:1）照明灯光闪烁，引起人的视觉不适和疲劳，影响工效;2）电视机画面亮
11、度变化，垂直和水平幅度摇动;3）电动机转速不均匀，影响产品质量;4）使电子仪器、电子计算机、自动控制设备等工作不正常;5）影响对电压波动较敏感的工艺或试验结果。电压波动值为电压调幅波中相邻两个极值电压Um.:和U、。均方根之差U，常以其额定电压UN的百分数表示其相对百分值(3)中国国家标准GB12326一90(电能质量电压允许波动和闪变规定在公共供电点的电压波动允许值，如表1所示。研究证明，人眼对频率约为10H:的衰1电压波动允许值电压波动最为敏感，为此一般采用等效10H:。作为衡量闪变的指标。此外，“闪变”是照明亮度变化对人的刺激，这种刺激的不适感宜用一段时间的平均值来衡量，因此，式中V月为
12、电压调幅波中频率为f的正弦波分量一分钟均方根平均值，以额定电压的百分数表示。通常采取的技术措施有:1）改进运行操作和工艺。如电动机降压起动等技术措施，电弧炉电极升降的自动调节和将炉料中大的废钢铁块加以破碎等。2）提高供电能力。架设专线将大容量冲击性负荷用户接至较高电压等级的供电系统。3）安装补偿器。采用快速响应的静止无功补偿器或静止无功发生器对负荷波动进行实时动态补偿，是最常用的技术措施。4）电压波动和闪变一系列电压随机变动或工颇电压包络线的周期性变化，以及由此引起的照明闪变。它是电能质量的一个重要技术指标。在电力系统中具有冲击性功率的负荷(如轧机、电弧炉)时，电力网中的电压降将发生相应变化，
13、导致电压波动。冲击性负荷可分为周期性冲击负荷和非周期性冲击负荷两类。其中周期性或近似周期性的冲击性负荷的影响更为严重。电压波动使电能用户不能正常工作，在人民生活中最受影响的是白炽灯的闪变。频率在512Hz范围内的电压波动值，即使只有额定电压的1%，其引起的白炽灯照明的闪变，已足以使人感到不舒适，所以选白炽灯的工况作为判断电压波动值，把电压变动而引起人对灯闪的主观感觉叫“闪变”。广义的闪变包括电压波动的全部有害作用，但不能以电压波动来代替闪变，因为闪变是人对照度波动的主观视感。闪变的主要决定因素: 供电电压波动的幅值、频度和波形， 照明装!，以对白炽灯的照度波动形响最大，而且与白炽灯的功率和额定
14、电压等有关;指三相电力系统中三相不平衡的程度，用电压或电流负序分量与正序分量的方均根值百分比表示。谐波（分量）：对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到频率为基波频率大于1整数倍的分量成为谐波（分量）。基波（分量）：对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到的频率与工频相同的分量称为基波（分量）2.3电气化铁道供电系统的特性电气化铁道供电系统我国电气化铁路(接触网)采用单相工频交流制，额定电压为25kV。牵引变电所3、馈电线4、接触网5、钢轨6和钢轨回流线7等组成。电力部门管辖的电力系统与铁路部门管辖的牵引供电系统是在牵引变电所高压进线的门形架处分界。现将牵引供电系统各部分的功用简述如下：（1）牵引
15、变电所牵引变电所的作用是将110kV(或220kV)三相交流高压电变换为27.5(或55)KV，然后以27.5(或55)KV的电压等级向牵引网供电。（2）接触网接触网是一种悬挂在电气化铁道线路上方，并和铁路轨顶保持一定距离的链形或单导线的输电网。电力机车的受电弓和接触网滑动接触取得电能。接触网的额定电压为25kV。 （3）馈电线馈电线是连接牵引变电所和接触网的导线，把牵引变电所变换后的电能送到接触网。（4）轨道在非电牵引情形下，轨道只作为列车的导轨。在电气化铁道，轨道除仍具上述功用外，还需要完成导通回流的任务，是电路的组成部分。因此，电气化铁道的轨道应具有畅通导电的性能。（5）回流线连接轨道和牵引变电所中主变压器接地相之间的导线称为回流线，它也是电路的组成部分，其作用是将把轨道、地中的回路电流导入牵引变电所，牵引供电回路是：牵引变电所馈电线接触网电力机车钢轨和大地回流线牵引变电所。习惯上，把馈电线、接触网、钢轨、回流线叫做牵引网。（6）分区所在电气化铁道上，为了提高运行的可靠性，增加供电工作的灵活性，在相邻两变电所供电的相邻两供电分区的分界处常用分相绝缘器断开。若在断开处设置开关设备和相应的配电装置，则组成分区所。电力牵引供电系统的主
