《毕业设计电气化铁道电能质量分析与研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计电气化铁道电能质量分析与研究（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
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： 电气系专业： 电气化铁道技术班级： 学生姓名： 指导教师： 完成日期： 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的方
2、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11.1 电气化铁路的组成11.1.1电气化铁路电流制与额定电压11.1.2电气化铁道牵引供电系统21.1.3电气化铁路的优越性和存在的问题21.2电能质量定义31.3电能质量的指标41.3.1电压偏差41.3.2频率偏差51.3.3电网谐波含量51.3.4电压波动和闪变61.3.5三相不平衡度6 电气化铁路牵引负
3、荷特性82.1谐波特性82.2负序特性92.3电压偏差102.4电压波动与闪变102.5其他特性103 电气化铁路牵引负荷对电网电能质量的影响113.1谐波和负序对电力一次设备的影响113.2谐波和负序对电力二次设备的影响123.3谐波和负序对用电设备的影响144 电能质量的改善措施及未来展望154.1电能质量的改善措施154.2 SVC 静止型动态无功补偿装置164.2.1 SVC 的发展164.2.2 SVC 的工作原理及在电网中应用164.2.3 谐波抑止与无功补偿174.2.4 负序电流补偿184.3未来展望18总结19致谢20参考文献21I1 绪论中国的电气化铁道总里程已经突破24万
4、公里跃居世界第二。电气化铁道具有运载能力强、行车速度快、节约能源、对环境污染小等优点在现代国民经济发展中起着举足轻重的作用。但是由于电气化铁道牵引负载所具有的随即波动性和不对称性其给公共电网带来的诸如负序电流、谐波以及无功功率等电能质量问题也引起了极大的关注。研究如何利用有效手段治理电气化铁道牵引负载所带来的一系列电能质量问题确保电网中其他电力设备的安全经济运行具有重大意义。1.1 电气化铁路的组成 铁路的牵引动力设备是机车。目前，我国铁路实际使用的机车有蒸汽机车、内燃机车和电力机车三种。与此对应的铁路牵引方式也有蒸汽牵引、内燃牵引和电力牵引三种。所谓电力牵引，就是由外电源供给动力车电能的牵引
5、方式。采用电力牵引的的铁路称为电气化铁路。 作为电气化铁路牵引动力的电力机车，本身不带电源。他必须从外部电源和牵引供电系统获得电能，经过变化后，输送到牵引电动机。是牵引电动机旋转，来驱动车轮转动进而牵引列车运行。因此，电气化铁路除了一般的铁路线路、车站、通讯、信号等设施外，还包括特殊的牵引供电系统、电力机车以及相应的运行、维修和管理单位供电段、电力机务段电力调度及其主管部门等。1.1.1电气化铁路电流制与额定电压关于电气化铁路输电线路问题有过激烈的争论，以美、德和瑞士为代表的一方主张用单相工频交流电路；而以英、法等国为首的另一方则主张用高压直流电路。 单相工频交流制利用工业系统电网作为电源，经
6、过降压即可使用。由于采用比较高的电压25000 伏和2*25000 伏，接触网的电流减小，这样在输送同样功率的条件下，牵引变电所的距离可延长，接触网可以采用轻型结构，由于悬挂的重量减轻，支柱的容量可以减小，这些都直接降低建设的投资。同时运营中电能的损失也大大降低。但是由于电气化铁路采用的是单相电流对电网系统产生不平衡电流和电压，及负序电流和负序电压。1.1.2电气化铁道牵引供电系统我国的动力供电电网电压一般为110kV 或者220kV,通过牵引变压器转换为275kV 作为牵引动力机车的供电。现在普遍流行的牵引变压器种类主要有 单相牵引变压器、Y-D11 牵引变压器、阻抗匹配牵引变压器、Scot
7、t 变压器等。我国电气化铁道采用工频交流50Hz 三相供电单相用电,其负荷牵引电力机车的 功率大,速度、负载状况变化频繁,且具有不对称的特性,导致牵引电网具有功率因数低、谐波含量高、负序电流大等特点,不但自身损耗大,而且对公共电网及铁 路沿线的其他电力设备也带来严重危害,必须采取有效措施加以治理。1.1.3电气化铁路的优越性和存在的问题 1、电气化铁路的优越性体现在以下几点： 1）拉得多，跑得快，运输能力大2）节约能源消耗，综合利用能源 3）经济效益好 4）对环境无污染，劳动条件好，有利于实现净化运输 5）有利于铁路沿线实现电气化，促进工农业发展2、电气化铁路存在的问题： 在介绍电气化铁路的优
8、越性的同时，也要指出它存在的下列问题： 1）对电气化铁路牵引负荷供电的电力系统造成负序电流和负序电压的产生、功率因数低、高次谐波含量增大因数降低等不良影响。 2）对沿线电气化铁路架设的通信线路有干扰 3）基建投资比蒸汽牵引和内燃牵引大4）接触网检修需要“天窗”时间 1.2电能质量定义电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的质量。理想状态的公用电网应以恒定的频率、标准正弦波和额定电压对用户供电。同时，在三相交流系统中，各相电压和电流的幅值大小应相等、相位对称且相差120度。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
9、等原因，这种理想状态并不存在。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。电能质量的具体指标通常为国家技术监督局相继颁布的涉及电能质量五个方面的国家标准，即：供电电压允许偏差，供电电压允许波动和闪变，供电三相电压允许不平衡度，公用电网谐波，以及供电频率允许偏差等的指标限制。围绕电能质量含义，从不同角度理解通常包括：(1)电压质量。给出实际电压与理想电压间的偏差，以反映供电部门向用户分配的电力是否合格。电压质量通常包括电压偏差、电压频率偏差、电压不平衡、电磁暂态现象、电压波动与闪变、短时电压变动、电压谐波、电压间谐波、电压缺口、欠电压、过电压等。(2)电流质量
10、。电流质量与电压质量密切相关。为了提高电能的传输效率，除了要求用户汲取的电流是单一频率正弦波外，还应尽量保持该电流波形与供电电压相同。电流质量通常包括电流谐波、间谐波、电流相位超前与滞后、噪声等。研究电流质量有助于电网电能质量的改善，降低线路损耗，但不能概括大多数因电压原因造成的质量问题，而后者往往并不总是用电造成的。(3)供电质量。它包括技术含义和非技术含义两部分。技术含义有电压质量和供电可靠性;非技术含义是指服务质量，包括技术供电部门对用户投诉与抱怨的反应速度和电力价目的透明度等。(4)用电质量。用电质量反映供用电双方相互作用与影响的责任和义务，它包括技术含义和非技术含义等。技术含义包括对
11、电力系统电能质量技术指标的影响和要求。非技术含义是指用电责任和义务的履行质量，如用户是否按时、如数缴纳电费等。国内外对电能质量确切的定义至今尚没有形成统一的共识。IEEE标准化协调委员会已经给出了power quality(电能质量)的技术定义，合格电能质量的概念是指，给敏感设备提供电力和设置的接地系统均适合于该设备正常工作。国际电工委员会(IEC)也给出了定义，电能质量定义是指在电力系统中某一指定点上电压的特性，这些特性可根据预定的基准、技术参数来评价。根据这一定义，可以认为电能质量就是电压质量，合格的电能质量应当是恒定频率和恒定幅值的正弦波形电压与连续供电。但大多数专家认为，对现代电能质量
12、的定义应理解为“导致用户电力设备不能正常工作的电压、电流或频率偏差，造成用电设备故障或错误动作的任何电力问题都是电能质量问题”，这个定义概括了电能质量问题的成因和后果，当然这里的“偏差”应作广义的理解，它还包括供电可靠性的问题。1.3电能质量的指标理想的三相交流供电系统的三相交流电压是平衡的，其幅值和频率都是恒量。电压和电流的波形为正弦无畸变波形。电能质量通常用电网的实际状况与理想系统的差距来衡量。主要有五个指标：电压偏差、频率偏差、谐波含量、电压波动和闪变、三相电压不平衡度。1.3.1电压偏差电压偏差是指电力系统各处的电压偏离其额定值的百分比，当用电设备端子上出现电压偏差时，其运行参数和寿命
13、将受到影响，影响程度视偏差的大小、持续的时间和设备状况而异，电压偏差计算公式如下：电压偏差（）（实际电压额定电压）/额定电压*100 (1.1)目前，GB12325-1990供电电压允许偏差中规定：电压偏差是在正常运行条件下应保持电网各点电压在额定的水平上。其中：35kv及以上供电电压和对电压质量有特殊要求的用户为55；10kv及以下高压供电和低电压用户为额定电压的77；低压照明用户为额定电压的510为了保证用电设备的正常运行，在综合考虑了设备制造和电网建设的经济合理性后，对各类用户设备规定了如上允许偏差值，此值为工业企业供配电系统设计提供了依据。1.3.2频率偏差我国的电力系统额定频率为50
14、Hz，频率偏差是指电力系统频率的实际值和额定值之差，用下式表示： fffn (1.2)式中f为频率偏差，f为系统的实际频率，fn为系统的额定频率，即50Hz。频率偏差对电力系统极其设备的影响，取决于偏离值的大小和偏移持续时间。概括地说正负0.5Hz之内主要是经济问题，即引起设备的效率降低。偏离值超过了正负0.5Hz不仅使设备效率降低，还有可能危及设备的安全，轻则引起不可逆的累积性损伤，重则立即损坏设备，导致系统瓦解甚至崩溃。1.3.3电网谐波含量谐波即对周期性的变流量进行傅立叶级数分解得到频率大于1的整数倍基波频率的分量。电网谐波产生的根本原因是由于系统中某些设备和负荷的非线性特性，即所加的电
15、压与电流不成线性关系而造成的波形畸变。波形畸变后，会产生高次谐波。这是因为对一个周期性非正弦量（如电压、电流、磁通等）进行傅立叶级数分解，即可得到一个同频率的和很多整数倍频率的正弦波之和，即基波和各次谐波。对谐波的测量一般包括：各次谐波分量幅值和相位，各次谐波含有率（HR）、总谐波畸变率（THD）、谐波功率（Ph）。为了定量表示电力系统正弦波形的畸变程度，采用以各次谐波含量及谐波总量大小表示的下列波形畸变指标：(1)谐波含有率（HR）：h次谐波分量的有效值（或幅值）与基波分量的有效值（或幅值）之比。(2)总谐波畸变（THD）：谐波总量的有效值与基波分量的有效值之比。理论上，谐波测量通常是利用谐波分析的方法求出信号的各次谐波（电压或电流）的幅值和相角，然后由相应公式可以方便的求出总谐波畸变率（THD）、谐波功率（Ph）。电网谐波的增加，将导致电器设备寿命缩短，网损加大，系统发生谐波谐振的可能性增加，同时可能引起继电保护和自动装置的误动，仪器指示和电度计量不准以
