牵引变电第6章 6.4谐波电流
牵引供电系统谐波谐振特性分析
牵引供电系统谐波谐振特性分析马放潇;陈莉【摘要】牵引供电系统谐波谐振一直是影响系统安全的重要因素之一,本文首先介绍了牵引供电系统等效阻抗的分析方法,然后在等效阻抗的基础上进一步分析了谐波阻抗和系统谐振频率的变化规律,同时利用均匀输电方程和传输参数矩阵分析了系统中的谐波电流放大情况,讨论了谐波电流放大和系统参数、机车位置之间的关系,并简述了抑制谐波谐振的措施。
%The harmonic resonance of traction power supply system has been an important factor in system security. The paper first introduces the analysis method of traction power supply system equivalent impedance, and then further analyzed on the basis of the equivalent impedance of the harmonic impedance and the resonant frequency variation, while taking advantage of a uniform transmission equation and transmission parameters of the matrix analysis of the amplification of harmonic currents in the system, to discuss the relationship between the harmonic current amplification and system parameters and locomotive position, And brief suppression of harmonic resonance measures at last.【期刊名称】《电气技术》【年(卷),期】2012(000)009【总页数】6页(P38-43)【关键词】等效阻抗;谐波阻抗;谐振频率;谐波电流放大;谐波谐振抑制【作者】马放潇;陈莉【作者单位】西南交通大学电气工程学院,成都610031;西南交通大学电气工程学院,成都610031【正文语种】中文【中图分类】TN82当系统内有谐波源接入时，在系统内会引起一定的谐振过电压。
城市轨道交通牵引供电系统谐波分析
城市轨道交通牵引供电系统谐波分析随着城市轨道交通的发展，牵引供电系统在保障列车运行安全和稳定性方面起着至关重要的作用。
随之而来的问题也日益显现，其中之一便是谐波问题。
谐波是指在交流电网中产生的频率是基波频率的整数倍的电压和电流成分，由于牵引供电系统中存在大量的电机、变频器等非线性负载，谐波在其工作中难免会产生，并且会对系统的稳定性和设备的寿命造成影响，因此对于牵引供电系统中的谐波进行分析和控制显得尤为重要。
对于牵引供电系统中谐波的来源需要进行详细的了解。
在城市轨道交通中，列车牵引系统是整个系统中耗电最大的部分，其主要由牵引变流器、牵引电机等组成，其中变频器是主要的谐波源。
当列车从静止状态加速至工作速度时，会导致变频器系统的工作频率从极低的频率变化至很高的频率，这种频率的变化带来的是非常复杂的谐波波形。
除变频器外，城市轨道交通的供电系统中还包括变电站、接触网、牵引线路等多个环节，这些环节中的负载也会产生谐波。
城市轨道交通牵引供电系统中谐波的产生是多方面的，需要全面的分析。
对于牵引供电系统中谐波的影响进行详细的研究。
谐波会对系统中的设备和设施产生一系列的负面影响，包括设备的损坏、系统的稳定性下降、电磁干扰等。
谐波会对变频器等非线性负载本身产生影响，导致设备的性能下降，甚至烧坏。
谐波会加大供电系统的损耗，进一步减短设备的使用寿命，增加了维护和更换的成本。
谐波还会在系统中引起电压、电流等参数的波动，对系统的稳定性和功率因数造成影响，甚至对其他设备产生电磁干扰，影响系统的正常运行。
针对城市轨道交通牵引供电系统中谐波的分析，需要采取一系列有效的控制措施。
首先是从源头上控制谐波的产生。
通过选择合适的牵引电机和变频器，减小非线性负载对系统中谐波的产生，从而减小对供电系统的影响。
其次是在系统中加入谐波滤波器，对系统中的谐波进行衰减。
谐波滤波器可以将谐波电压和电流滤除，减小对其他设备的影响，提高系统的稳定性和安全性。
城市轨道交通牵引供电系统谐波分析
城市轨道交通牵引供电系统谐波分析随着城市轨道交通的不断发展，城市轨道交通牵引供电系统也逐步得到完善。
牵引供电系统是城市轨道交通的重要组成部分，其主要作用是为列车提供电力，使其运行平稳快捷，并保证乘客的安全。
然而，在实际运行过程中，牵引供电系统中存在着谐波问题，会对系统造成一定的影响，本文主要对城市轨道交通牵引供电系统的谐波进行分析。
首先，介绍一下谐波的概念。
谐波是指在周期性电路中，频率是原有基波频率整数倍的周期性电信号，其波形呈正弦曲线。
在城市轨道交通系统中，由于列车电机的采样控制、无感自持续电机等因素的影响，会在系统中引入谐波电流和电压。
这些谐波电流和电压会造成牵引变流器、牵引逆变器、隔离变压器等设备的磁、电、温等方面的问题，对设备的寿命产生影响。
其次，谐波的来源很多，主要包括列车电机、牵引变流器、牵引逆变器、隔离变压器、线路等。
其中列车电机是主要的谐波源，由于各个相之间的差异性，会产生不对称的电流波形，引入谐波电流。
当谐波电流通过交流电源、线路和变压器时，会产生谐波电压。
此外，牵引变流器和牵引逆变器中的开关器件会产生大量高频电压、电流，进一步导致各种电磁干扰。
同时，隔离变压器中的漏电感值也会受到谐波电流的影响而发生变化。
最后，对城市轨道交通牵引供电系统谐波的分析结果进行总结。
谐波问题会影响到城市轨道交通供电系统和列车的可靠性和安全性，需要进行有效的控制。
一方面，可以通过在设计阶段加入滤波器、降低变压比等方式来减少谐波电流和谐波电压。
另一方面，可以通过进行谐波电流监测、降低变流器和逆变器的开关频率等措施来减少谐波的影响。
因此，城市轨道交通牵引供电系统的谐波分析具有重要的理论和实际意义，对保证城市轨道交通的运行安全和提高设备的寿命具有积极的作用。
电能质量分析与控制(第六章)
6.2 波形畸变的基本概念
《电能质量分析与控制》
• 无功功率
正弦电路：若
u 2U sin t
i 2I sin(t ) i p iq
有功功率：
P UI cos
平均功率
无功功率：
Q UI sin
大连理工大学电气工程学院
6.2 波形畸变的基本概念 非正弦电路：
畸变功率：D S P Q U
仅有同频率的电压和电 流才构成有功功率； 对称三相系统电压、电 流的各次谐波具有不同的 相序特性； 不同频率的无功功率是 不可能互相抵消或补偿的。 不对称三相系统各次谐 波的相序和对称时不同， 各次谐波都可能不对称， 可用对称分量法分解。
I1 I1 1 DPF cos 1 = cos 1 功率因数： PF 2 I I 1+THDI
电压和电流的有效值： U
《电能质量分析与控制》
U
n 1
2 n
I
2 I n n 1
有功功率：
P U n I n cos n
n 1
视在功率： 无功功率：
2
S
U
n 1
2 n
I
n 1
2 n
Q S 2 P2
2 2 2 f 2 2 I n n2
发电机
（1）发电机磁饱和非线性产生的谐波
磁极磁场并非完全 按正弦分布
定子绕组出现的负序电流引起，转 子侧偶次，定子侧齐次
大连理工大学电气工程学院
6.3供用电系统典型谐波源
《电能质量分析与控制》
变压器与电抗器
铁磁 饱和
计及磁滞影响
电压与磁通为正 弦波 电流为正弦波 一般小于额定满载 电流的 1%
城市轨道交通牵引供电系统谐波分析
城市轨道交通牵引供电系统谐波分析城市轨道交通系统是现代城市的重要组成部分，轨道交通牵引供电系统是轨道交通运行的重要组成部分，是轨道交通系统的“心脏”。
随着城市轨道交通的不断发展，轨道交通牵引供电系统的谐波问题成为一个突出的问题。
首先，定义一下什么是谐波。
谐波是指电流或电压周期性变化，其周期是原有信号周期的整数倍的一类信号。
在轨道交通牵引供电系统中，由于牵引系统采用的是交流调速电机，电网的电流与电压都是交流信号，因此在牵引供电系统中，谐波是不可避免的。
引入谐波会对轨道交通牵引供电系统产生一系列的问题，如电路故障、设备损坏、过电流保护的误动作等。
此外，谐波还会对负载产生影响，从而导致牵引系统的调速性能下降、电机损坏等问题。
为了解决轨道交通牵引供电系统中的谐波问题，需要对系统的谐波特性进行分析。
首先，需要采集轨道交通牵引供电系统的电压、电流等运行数据，利用数字信号处理技术对数据进行处理，得到系统的谐波谱。
然后，通过谐波谱分析技术，对系统中主要的谐波进行分析，包括谐波的频率、幅值、相位等特征。
最后，根据谐波分析结果，对系统进行优化设计，采取适当的补偿措施，降低谐波对系统的影响。
目前，常用的谐波分析方法主要包括离散傅里叶变换（DFT）、离散余弦变换（DCT）、小波变换（WT）等。
其中，离散傅里叶变换是最为常用的谐波分析方法，它能够将一段连续信号变换为一系列不同频率的正弦波，从而对信号进行分析。
DCT和WT是近年来发展起来的新型谐波分析方法，与DFT相比，它们具有更优异的性能和更高的计算效率，能够更好地解决实际问题。
总之，城市轨道交通牵引供电系统的谐波问题是一个复杂的问题，需要采用多种技术手段对系统进行分析和优化设计。
随着科技的不断发展，谐波分析技术将会越来越成熟和精确，为城市轨道交通的稳定运行提供更好的保障。
城市轨道交通牵引供电系统谐波分析
城市轨道交通牵引供电系统谐波分析随着城市轨道交通的发展和建设，城市轨道交通牵引供电系统的谐波分析变得越来越重要。
谐波是指周期性变化且频率是原始基波频率的整数倍的电压或电流成分。
在城市轨道交通牵引供电系统中，谐波会引起系统的电压稳定性问题、线路设备的过热和损坏，甚至对周围环境和居民生活造成影响。
对城市轨道交通牵引供电系统的谐波进行分析和研究，对于确保系统的稳定运行和周围环境的安全性都具有重要意义。
城市轨道交通牵引供电系统的谐波来源主要有两个方面。
一方面是牵引系统本身会产生谐波，如牵引变流器、牵引电机等设备会引入非线性负载，产生谐波电流和谐波电压。
另一方面是城市轨道交通牵引供电系统作为大型电力系统，其所接入的电网本身也会存在谐波，如电网中的不平衡负荷、电弧炉、电炉等设备也会产生谐波。
城市轨道交通牵引供电系统的谐波对系统的影响主要表现在以下几个方面。
谐波会导致系统中的电压波形失真，影响线路设备的工作。
特别是对于牵引电机而言，谐波电压会直接影响电机的性能和使用寿命。
谐波会引起设备的过热和损坏，特别是变压器、电容器、绕组等设备容易因为谐波而产生热损耗，使设备温升增加，甚至引起设备的故障。
谐波还会对系统的电能质量造成影响，如会导致系统功率因数恶化，给电网和用户带来一定的损失。
谐波还会对系统周边环境和居民生活造成影响，如电磁干扰、噪音污染等也会对周围环境造成不利影响。
针对城市轨道交通牵引供电系统的谐波问题，需要进行谐波分析和研究，以保障系统的稳定运行和周围环境的安全性。
可以通过对牵引供电系统进行现场测量，获取系统的电压、电流波形数据，进而分析系统中存在的谐波成分和谐波水平。
可以利用专业的谐波分析软件对系统进行仿真模拟，通过建立系统的数学模型，对系统的谐波特性进行分析和评估。
可以根据谐波分析结果，针对系统中存在的谐波问题，提出相应的谐波滤波措施和控制方法，如可以在系统中增加谐波滤波器、优化系统的接线方式、改进牵引系统的控制策略等。
牵引变电所电能质量分析及谐波治理措施
３欢
投 电 容 暑 组 嚣 不 投 电 容 器 组
５欢
进 行分配计算 ， 中 ： ｉ 式 Ｓ 为第 ｉ 用户的用 电协 议容量 ，ｔ 个 Ｓ 为公 共 连接 点 的供 电设备容 量 ，Ｈ Ｌ Ｖ为 １０ Ｖ电 网的短时 间闪变 限值 （８或 １ｋ ｎ） 长时 间闪变限值 （ ６，ｉ Ｖ为第 ｉ ｎ ）ＥＨ 个用户 的闪变 允许值 。 按 上式计算 ， 西梨 园所投运 后在 青云站 ｌ０Ｖ母 线引起 的短时间 ｋ １ 闪变（ Ｉ Ｐ） ｓ允许值为 ０ ８长时间闪变（ｌ允许值为 ０ ６ 对于西梨园牵引 ．， ４ ＰＯ ．。 ３ 站单相 负荷变化在 青云站 １０ Ｖ侧所引起 的电压波动 ，按单 台机车额 ｋ １ 定容量 为 ９ Ｍ Ａ考 虑 ， ． Ｖ ６ 经计算 ， 其最大 电压波动为 １ ８ 对 该铁路线 ． ％。 ３ 列车运 行时间 间隔按高峰时段 考虑 ， 即列车运行 时间间隔为 ５ 分钟 。按 照 国家标准 《 电能质 量一 电压 波动和 闪变）Ｇ １３６２０ ） 推荐 的评 ） Ｂ ２ ２－０ ０所 （ 估方法 ， 采用单 位闪变曲线法 和闪变 时间分 析法来分别计算 。 算结 可 计 果， 其短时间闪变（ 【 Ｐ ） ０ ７长时间闪变（ｌ ｓ值为 ． ， ３ Ｐｃ ） 值为 ０ ７ ． 。都满足国标 ２ 《 电能质量一 电压波动和闪变》规定的要求， ） 如下表所列。
科 技 创 新
２１￣７ （）Ｉ ０ ２ 月上 科技创 新与 应用
牵 引变 电所 电能质量分析及谐波治理措施
胡增 军
（ 京铁 路 局 石 家庄 工 程 项 目管理 部 ， 北 石 家庄 ０ ０ ０ ） 北 河 ５ ０ ０
摘 要 ： 牵引机 车是单相 大功率整流负荷 ， 电铁 牵引变电所在投运时产生大量的谐波和 负序分量， 污染电网。在确定电铁牵引所 供电方案时要选择合理的供 电方式， 或采取防治措施。 本文就 由北京电力公 司供 电的西梨园牵引变电所的接入所产生的谐波、 负
电气化铁路牵引变电站谐波分析及治理措施doc
电气技师论文范文下载：电气化铁路牵引变电站谐波分析及治理措施摘要:电力机车已逐渐成为电网主要的大型谐波源之一。
结合包神铁路万水泉南牵引变电站的实际情况,对电气化铁路所产生的谐波进行了分析和计算,并在此基础上提出了相应的谐波治理措施。
关键词:电气化铁路;谐波分析;电力机车近年来,内蒙古自治区开始大范围建设电气化铁路,随着大量的电力机车负荷接入电网,势必对电网的供电质量造成影响。
电力机车是单相大功率整流负荷,其用电会产生大量的谐波与负序电流,由于电力机车沿铁路移动用电,如不能在电铁牵引变电站得到及时治理,将注入电力系统,影响全网,波及用户,其产生的危害性远比其他任何谐波源设备更为严重,更为广泛。
因此,对电气化铁路牵引变电站谐波的分析和治理越来越受到电力企业和铁路部门的重视。
本文以包神铁路万水泉南牵引变电站为例,进行有关的谐波分析和治理措施研究。
1 包神铁路万水泉南牵引变电站概况包神铁路的牵引电网采用带回流线的直接供电方式。
由于电力牵引为一级负荷,万水泉南牵引变电站由麻池117麻牵Ⅰ回、麻池118麻牵Ⅱ回两路电源供电,当任一路故障时,另一路仍应正常供电。
牵引变压器单台容量为25 000 kVA,采用三相V/V接线,固定备用方式;高压侧电压为110kV,低压侧输出额定电压为27.5 kV,其高压侧接入电网,低压侧一个顶点接地,另外两个顶点引出两条供电臂,分别向处在不同位置的电力机车供电。
一般一条供电臂长度在20 km左右,电力机车台数为1~3台。
这种供电方式以大地和铁轨作为回流线,由牵引变压器、供电臂、电力机车、大地(铁轨)组成回路。
当一个牵引站的供电臂与另一个牵引站的供电臂相汇时,设立一个分区亭。
分区亭由开关组成,正常时开关断开,两个供电臂各由相应的牵引站供电,列车靠惯性通过分区亭。
当一个牵引站失去电源时,分区亭开关闭合,临时向停电的供电臂供电。
2 电气化铁路牵引变电站的谐波分析及危害电力机车作为整流负荷是电气化铁路谐波产生的根源。
牵引供电系统谐波谐振特性分析
（ ｌ ｇ ｆ ｌｃｒｃ ｌ ｇｎ ｅｉｇ Ｓ ｕｈ ｓ Ｊａ ｔｎ ｉｅｓｔ， ｅ ｄ ０ ） Ｃｏｌ ｅｏ ｅ ｔｉａ ｉｅ ｒｎ ， ｏ ｔｗｅ ｔ ｉｏｏ ｇＵｎｖ ｒｉ Ｃｈ ｎ ｕ６ ３ ｅ Ｅ Ｅｎ ｙ １ ０ １
阻抗共 同决 定 。其 中谐 波 电流 厶取 决于谐波 源 ，而 在高速 电气 化 铁路牵 引供 电系统 中谐波源 主 要是各 型 电力机 车 。根据 牵 引网 的谐 波传 输特 性 ，牵 引 网
对谐 波 电流会 有 一 定放 大 作用 。牵 引供 电系统 的谐 波 阻抗 在 发 生谐振 时其 阻抗模值 会增 大 ， 因此 当 系统 某 次谐波 电流 与谐 波 阻抗在 发生谐 振 时共 同作 用就 会产 生较 高 的谐 波 电压 。
研 究 与 开 发
牵 引供 电系统 谐波谐振特 性分析
马放 潇 陈 莉
（ 南交通 大学 电气 工程 学院 ，成都 ６ ０ ３ ） 西 １０ １
摘 要 牵 弓供 电系 统谐 波谐振 一 直是 影 响系 统安全 的重 要 因素之 一，本 文首先介 绍 了牵 弓 Ｉ Ｉ 供 电系 统等 效 阻抗 的分 析方 法 ，然后在 等效 阻抗 的基 础 上进 一步分 析 了谐 波 阻抗和 系统谐 振 频 率 的 变化规律 ，同 时利 用均 匀输 电方程 和传 输参 数矩 阵分析 了系 统 中的谐波 电流放 大情 况 ，讨
ｏ ａ ｍ ｏ ｉ ｕ ｒ ｎ ｓｉ ｅｓ ｓｅ ， ｏｄ ｓ ｕ ｓｔ ｅｒ ｌｔｏ ｓ ｉ ｅｗｅ ｎｔ ｅｈ ｒ ｎｉ ｕ ｒ ｎ ｍｐｌ ｃ ｔｏ ｆｈ ｒ ｎｃｃ ｒｅ ｔ ｎｔ ｙ ｔｍ ｔ ｉｃ ｓ ｈ ｅａｉ ｎ ｈｐ ｂ ｔ ｅ ａ ｍｏ ｃｃ ｒｅ ｔａ ｈ ｈ ｉ ａｉｎ ｉ ｆ ａ ｄ ｓ ｓｅ ａ ａ ｔｒ ｎ ｃ ｍ ｏｉｅｐ ｓ ｉｎ Ａｎ ｒｅ ｐ ｒ ｓｉｎｏ ａ ｍｏ ｉ ｅ ｏ ａ ｃ ａｕ ｅ ｔｌｓ． ｎ ｙ ｔｍ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓａ ｄｌ ｏ ｔ ｏ ｉ ｏ ， ｄｂ ｉｆｓ ｐ ｅ ｓｏ ｆｈ ｒ ｎｃｒ ｓ ｎ ｎ ｅｍｅ ｓ ｒ ｓ ｔ ｏ ｖ ｔ ｕ ａ ａ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ：ｅ ｕ ｖ ｌｎ ｍ ｐ ｄ ｎｃ ｄｓ ｑ ｉ ａ ｅ ｔｉ ｅ ａ ｅ；ｈ ｒ ｏ ｃｉ ｐ ｄａ ｃ ａ ｍ ｎｉ ｍ ｅ ｎ ｅ：ｒ ｓ ｎ ｎ ｅ ｕ ｎｃ ｅ ｏ ａ ｔｆ ｑ ｅ ｙ；ｈａ ｍ ｏ ｉ ｕｒｅ ｔ ｒ ｒ ｎ ｃｃ ｒ ｎ ａ ｐｌｆｃ ｔｏ ｍ ｉ ａｉ ｎ； ｓ ｐ ｒ ｓ ｉ ｎ ｏ ｒ ｏ ｉ ｅ ｏ ｎｃ ｉ ｕ ｐ ｅ ｓｏ ｆｈａ ｍ ｎ ｃｒ ｓ ｎａ ｅ
城市轨道交通牵引供电系统谐波分析
城市轨道交通牵引供电系统谐波分析城市轨道交通牵引供电系统是一种重要的基础设施，它主要用于为城市轨道交通车辆提供电力供应。
由于供电系统中存在谐波污染，会对供电系统的稳定性和运行质量产生一定的影响。
对城市轨道交通牵引供电系统进行谐波分析显得十分必要。
城市轨道交通牵引供电系统中产生谐波的原因可以归结为两个方面：一是电力调速装置造成的谐波污染，二是牵引变流装置以及车辆本身所引起的谐波。
电力调速装置中频率变换器工作时会产生较高的谐波电压，这些谐波电压将通过电网传输到城市轨道交通牵引供电系统中；而牵引变流装置和车辆本身的工作也会引起谐波电流的产生。
这些谐波电流会通过牵引供电线路传输到电网中。
谐波对城市轨道交通牵引供电系统的影响主要表现在三个方面：一是谐波电压和谐波电流会引起城市轨道交通牵引牵引变流装置和电机的磁场产生谐波，从而引起牵引传动系统的损耗问题；二是谐波电流会产生谐波短路故障，从而导致牵引线路发生过流和过热，甚至引起整个牵引供电系统的故障；三是谐波还会对城市轨道交通牵引供电系统中的其他设备产生干扰，如通信设备、信号设备等。
针对城市轨道交通牵引供电系统谐波问题的解决措施主要包括以下几个方面：一是加强对城市轨道交通牵引供电系统的谐波监测和分析，通过对谐波的特性和分布进行研究，找出谐波产生的原因；二是优化城市轨道交通牵引供电系统的电源和牵引变流装置，采取合适的抑制谐波的措施，减少谐波的产生；三是加强城市轨道交通牵引供电系统的维护管理，定期进行设备检修和维护，确保系统的正常运行。
城市轨道交通牵引供电系统的谐波分析是保证系统正常运行的重要手段，它能够帮助我们更好地了解和解决谐波问题，提高系统的稳定性和可靠性。
在城市轨道交通牵引供电系统设计、施工和运维中，需要重视对谐波问题的分析和处理。
第六章波形畸变与电力谐波
2、非正弦电路的功率和功率因数
有功功率：
P
1
T
T
vidt
0
Vh I h cos h
h1
说明：同频率的电压和电流才构成有功功率。
仿照上式定义无功功率：Q f Vh I h sin h h1
说明：非正弦条件下的无功功率没有明确物理意义，式中 各次谐波无功功率互相抵消现象与实际不符。
三、非正弦电路的功率和功率因数
6.4 谐波的影响和危害
一、对变压器的影响
1）产生导体附加损耗； P I2R (
I12
I
2 h
)2
R
P1
P
h2
2）变压器产生涡流损耗，引起变压器发热或过热；
3）变压器产生铁芯损耗，引起铁芯发热或过热；
4）使变压器产生振动和噪声。
二、对旋转电机的影响
影响情况与变压器类似，简单描述如下：
1）在绕组上产生附加损耗；
有效值：U
1 v2 (t)dt TT
M
U12
U
2 h
h2
M
i(t) 2Ih sin(h 1t h )
h1
I
1 i 2 (t)dt TT
I2 1
IM
2 h
h2
畸变波形峰值与有效值间的关系：
1）畸变波形峰值与 有效值不存在 2 倍的关 系，但各次谐波存在。
2） 畸变波形有效值 与各次谐波分量初相角无 关。初相角影响波形。
1、谐振现象分析
含谐波源的典型供电如图所示。对谐波源而言，电容器 容抗与系统感抗为并联关系。由 (c ) 图可知，对某次谐波系 统的等值阻抗很大，因此有电容器将引发电压放大。
2、谐波放大现象分析
牵引供电系统谐波电流0502110123曾伟师
牵引供电系统谐波电流谐波电流：非正弦周期电流中以基波以外的频率形式表现的电流分量的统称。
谐波电流的影响：因为谐波的危害十分严重。
谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。
谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。
谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。
对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。
谐波是怎么产生的？（1）发电源质量不高产生谐波。
（2）输配电系统产生谐波。
（3）用电设备产生的谐波。
谐波抑制为解决电力电子装置和其他谐波源的谐波污染问题，基本思路有两条：一条是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的；另一条是对电力电子装置本身进行改造，使期不产生谐波，且功率因数可控制为1，这当然只适用于作为主要谐波源的电力电子装置。
装设谐波补偿装置的传统方法就是采用LC调谐滤波器。
这种方法既可补偿谐波，又可补偿无功功率，而且结构简单，一直被广泛使用。
这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。
此外，它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果也不甚理想。
谐波的危害：（1）谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。
（2）谐波影响各种电气设备的正常工作。
谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。
谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。
（3）谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起严重事故。
（4）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。
（5）谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致住处丢失，使通信系统无法正常工作。
谐波、谐波电流、谐波电压三者的意义与区分
谐波、谐波电流、谐波电压三者的意义与区分电力谐波就是电能中包含的谐波成分，分为谐波电压和谐波电流。
接下来主要为大家介绍一下谐波、谐波电流和谐波电压的概念及区分。
一、谐波谐波是与基波对应的一个概念。
如果有一个频率为f正弦波，那么频率为n f的正弦波就称为f正弦波的n次谐波，而频率为f的正弦波就是基波（含义为基本波形）。
例如：我们的电力电压波形为50HZ的正弦波，那么3次谐波就是150HZ的正弦波，5次谐波就是250HZ的正弦波。
用数学的方法可以证明，任何一个周期性波形都可以分解为基波和谐波。
因此，当电网电压发生畸变时，就表示其中包含了谐波成分。
图1是包含了5次谐波和7次谐波的波形，5次和7次谐波是工业上最典型的两种谐波。
图1含有5次和7次谐波的畸变波形如果谐波成分是电流，就叫谐波电流。
如果谐波成分是电压，就叫谐波电压。
二、谐波电流谐波电流是导致变压器过热、电缆过热、跳闸、无功补偿装置烧毁的主要原因。
三、谐波电压谐波电压是电子设备误动作的主要原因。
在处理电子设备受干扰的问题是，更加关注电子设备接入电网的位置的谐波电压畸变率。
一般要求电压畸变率小于5%。
四、谐波电流和谐波电压的区分谐波电流与谐波电压之间的关系是很多人搞不清楚的概念。
了解他们之间的关系，对于正确解决电能质量问题十分重要，下面对这两者的关系进行讲解。
谐波电流是谐波的根源，谐波电压是谐波电流的产物。
因此，要彻底解决谐波导致的各种问题，就要从控制谐波电流入手。
谐波电压是谐波电流流过线路阻抗时产生的，对于特定的配电系统，谐波电流与谐波电压之间的关系如下（欧姆定律）：谐波电压=谐波电流×电网阻抗式中：电网阻抗包括了变压器的阻抗和配电线的阻抗，如图1所示。
图2谐波电压与谐波电流的关系较大的谐波电流并不一定导致较大的谐波电压。
只有当系统阻抗较大时，谐波电流才会产生较大的谐波的谐波电压。
图2(a)中的情况是变压器容量较小（对应阻抗较大）的情况，这时，虽然电流（上图）畸变率并不大（所含的谐波电流成分较小），但是电压（下图）出现严重的畸变。
牵引站馈线谐波电流的分析与预测
文章编号：1000-3673（2014）01-0227-05 中图分类号：TM 72 文献标志码：A 学科代码：470·4051牵引站馈线谐波电流的分析与预测姜咪慧1，王小君1，娄竞2，和敬涵1，T ony Y i p1（1．北京交通大学电气工程学院，北京市海淀区100044；2．冀北电力公司，北京市宣武区100053）Analysis and Prediction of Harmonic Current in Feeder of Traction Substation JIANG M ihui1, W ANG X ia ojun1, L OU J i ng2, H E J ingha n1, T ony Y i p1(1. School of Electrical Engineering, Beijing Jiaotong University, Haidian District, Beijing 100044, China;2. Jibei Electric Power Company, Xuanwu District, Beijing 100053, China)ABSTRACT: As a major source of harmonics, grid-connection of electrified railway makes harmonic pollution in power grid deteriorated and jeopardizes secure operation of power equipments, so leads to a certain economic loss in power grid. Firstly, using the algorithm combining simulated annealing with least squares a logarithmic normal distribution probability density model of fundamental current in feeder is established. According to harmonic characteristic of traction load the random fluctuation of harmonics in electrified railway is further simulated, and the fluctuant harmonic current data is generated and the estimation result of characteristic value of harmonic current is obtained. The effectiveness of the proposed model is validated by simulation example. Finally, based on the less known condition of newly built traction substation, taking the data of appropriate feeder current as the foundation, a method to predict and evaluate the harmonic current in newly built traction substation is put forward, which may be available for reference to further analysis on the impact of harmonic current on power grid and to the determination of harmonic management.KEY WORDS ：electrified railway; harmonics; simulated annealing; least square method; prediction evaluation摘要：电气化铁路作为电力系统中主要的谐波源，它的接入会导致电网谐波畸变恶化，威胁电气设备的安全运行，给电网造成一定的经济损失。
变电站综合自动化第六章智能装置
6.3 自动按频率减负荷（AFL）
2、电力系统频率调整 ▪ 一次调整：n台有调速器的机组并联运行，增大
发电机输出的有功功率（输出的备用容量）—— 只适合变化幅度小，变化周期较短的变化负荷； ▪ 二次调整：调整发电机组的转速控制机构（靠同 步器来实现）——适合变化幅度较大，变化周期 较长的变化负荷。
6.5 故障录波装置
▪ 当电力系统发生故障时，能迅速直接记录下与故 障有关的运行参数的一种自动记录装置，记录的 参数：U、I、开关量，元件的有功、无功、非周 期分量的初值电流及其衰减时间常数、系统频率 变化及各种参数变化的准确时间进行记录。
一、故障录波装置的作用 ▪ （1）正确分析事故原因，为及时处理事故提供
▪ 补偿电容器：可产生无功功率，能弥补系统无功 的不足，又可改变网络中的无功分布，，但在系 统无功充足但无功分布不合理而造成电压质量下 降时却无能为力。
6.1 电压、无功综合自动化控制装置
▪ 为了提高电压合格率和降低损耗，目前各种电压 等级的变电站中普遍采用了电压、无功综合控制 器。
▪ 电压无功综合控制装置就是利用有载调压变压器 和并联电容器组，根据运行情况进行本站的电压 和无功自动调整，以保证负荷侧母线电压在规定 的范围之内及进线功率因素尽可能提高的一种装 置。
▪ 变电站10kV系统电压无功综合控制装置简介
6.1 电压、无功综合自动化控制装置
五、电压、无功综合自动控制方式
控制方式有：集中控制方式、分散控制方式、关联分 散控制方式。
集中控制方式：指调度中心对各个变电站的主变压 器的分接头位置和无功补偿设备进行统一的控制。
分散控制方式：指在各个变电站或发电厂中，自动 调节有载调压变压器的分接头位置或其他调压设备， 以控制地区的电压和无功功率在规定的范围内。
牵引供电系统：第6章 6.4谐波电流
(2)谐波电流流入三相定子绕组时，还增加定子绕 组和定子铁心的附加电能损失和发热。
(3)引起转子激磁绕组的附加发热。当谐波电流与 负序电流同时流入三相定子绕组时，则在转子激 磁绕组回路中感应出6倍或12倍基波频率的电流。 该电流引起附加的电能损失和发热。
(4)引起阻尼绕组过热，以致损坏。由于谐波旋转 磁场在转子上的阻尼绕组中感应出电势而引起电 流。当感应电流过大时，会导致阻尼绕组过热， 以致损坏。
4.对电容器和串联电抗器的影响
(1)增加电容器额外的电和热的影 响
(2)增加串联电抗器额外的电和热的影响
5.对电气计量仪表的影响
高次谐波对电气计量仪表，特别是对电度计 量仪表的影响较大。
6.对变压器的影响 高次谐波电流流入变压器产生的铁心磁滞现象会 引起噪音增大，此外，还会产生由高次谐波电流、 电压而引起的铁损和铜损，使变压器的总电能损失 增大，并使变压器容量利用率减小。 7.其他影响 (1)由于电源电压波形畸变，含有高次谐波，使 控制信号相位变化而引起相位控制的装置发生误控 现象； (2)影响电子计算机正常工作； (3)影响电视机、收音机、放大器等视听效果， 产生噪音及图像闪动。
小结
➢ 谐波对电力系统的影响 ➢ 减少谐波影响的措施 ➢ 功率因数低对电力系统的影响 ➢ 造成牵引网功率因数低的主要原因 ➢ 提高牵引负荷功率因数的措施
2. 造成牵引网功率因数低的主要原因
cos 0.75 0.78
③ (由于牵引变压器影响，其高压
功率因数低
侧的功率因数还要降低约0.05)
cos 0.8 0.85
① (整流型电力机车，
由于交流侧电流波形畸变及
整流换相过程中的重叠导通角
②
的影响，使功率因数低)
牵引变电所基本知识
XXX供电段教育培训教材牵引变电所基本知识2012年目录第一章电力牵引供电系统组成 (4)一、牵引变电所 (4)二、分区亭 (4)三、开闭所 (5)四、AT所（自耦变压器站） (6)五、牵引网供电方式的分类： (6)第二章牵引变电所的设备及电气接线 (7)一、牵引变电所的设备 (7)二、牵引变电所的电气接线 (7)第三章牵引变压器 (8)一、牵引变压器概述 (8)二、变压器的工作原理 (9)三、牵引变压器的组成 (10)四、变压器的技术参数 (11)五、变压器的巡视及检查项目 (13)第四章高压断路器 (15)一、高压断路器的分类： (15)二、高压断路器主要结构 (16)三、高压断路器的主要技术参数 (16)四、真空断路器的主要特点： (17)第五章高压隔离开关 (18)一、隔离开关的结构： (18)二、隔离开关的分类： (19)三、隔离开关的主要用途： (19)四、隔离开关操作注意事项 (20)第六章互感器 (22)一、电压互感器 (22)二、电流互感器 (23)三、互感器立即停运条件 (24)第七章电容器、电抗器 (25)一、高压电容器 (25)二、电抗器 (26)三、并联电容补偿装置 (27)第八章接地装置 (28)一、工作接地 (29)二、保护接地 (29)三、保护接零 (29)四、防雷接地 (29)第九章牵引变电所电气主接线 (30)一、牵引变电所的110KV侧主接线 (30)二、27.5KV（或55KV）侧主接线 (32)三、牵引变电所类型 (33)第十章牵引变电所的二次接线 (34)第十一章高压配电装置 (35)一、对配电装置的基本要求 (35)二、配电装置的形式及其特点 (35)第十二章牵引变电所保护的概述 (37)一、变电所继电保护及自动装置 (37)二、继电保护的种类 (39)第十三章牵引变电所保护种类 (39)一、主变压器保护 (40)二、主变压器及备用电源自动投切装置 (42)三、动力变压器保护 (42)四、馈线保护 (42)五、并联补偿装置的保护 (45)六、牵引变电所保护种类列表 (46)第一章电力牵引供电系统组成用电能做为铁路运输动力能源的牵引方式称为电力牵引。
谐波电流
供电系统中的谐波在供电系统中谐波电流的出现已经有许多年了。
过去，谐波电流是由电气化铁路和工业的直流调速传动装置所用的，由交流变换为直流电的水银整流器所产生的。
近年来，产生谐波的设备类型及数量均已剧增，并将继续增长。
所以，我们必须很慎重地考虑谐波和它的不良影响，以及如何将不良影响减少到最小。
1 谐波的产生 在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。
在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。
在实际的供电系统中，由于有非线性负荷的存在，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，就形成非正弦电流。
任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。
谐波频率是基频的整倍数，例如基频为50Hz，二次谐波为100Hz，三次谐波则为150Hz。
因此畸变的电流波形可能有二次谐波、三次谐波……可能直到第三十次谐波组成。
所有的非线性负荷都能产生谐波电流，产生谐波的设备类型有：开关模式电源(SMPS)、电子荧火灯镇流器、调速传动装置、不间断电源(UPS)、磁性铁芯设备及某些家用电器如电视机等。
(1)开关模式电源(SMPS)： 大多数的现代电子设备都使用开关模式电源(SMPS)。
它们和老式的设备不同，它们已将传统的降压器和整流器替换成由电源直接经可控制的整流器件去给存贮电容器充电，然后用一种和所需的输出电压及电流相适合的方法输出所需的直流电流。
这对于设备制造厂的好处是使用器件的尺寸、价格及重量均可大幅度地降低，它的缺点是不管它是哪一种型号，它都不能从电源汲取连续的电流，而只能汲取脉冲电流。
此脉冲电流含有大量的三次及高次谐波的分量。
(2)电子荧光灯镇流器： 电子荧光灯镇流器近年被大量采用。
它的优点是在工作于高频时可显著提高灯管的效率，而其缺点是其逆变器在电源电流中产生谐波和电气噪声。
使用带有功率因数校正的型号产品可减少谐波，但成本昂贵。
(3)直流调速传动装置： 直流电动机的调速控制器通常采用三相桥式整流电路，它也称作六脉冲桥式整流电路，因为在直流输出侧每周波内有六个脉冲(在每相的半波上有一个)。
谐波电流
周期信号
01 基本定义
03 相关概念 05 发展历程
目录
02 谐波故障 04 技术原理 06 危害产生原因
07 系统危害
09 电网污染
目录
08 纹波危害 010 污染治理
基本信息
谐波电流就是将非正弦周期性电流函数按傅立叶级数展开时，其频率为原周期电流频率整数倍的各正弦分量 的统称。频率等于原周期电流频率k倍的谐波电流称为k次谐波电流，k大于1的各谐波电流也统称为高次谐波电流。
基本定义
基本定义
一个周期信号可以通过傅里叶变换分解为直流分量c0和不同频率的正弦信号的线性叠加：
其中，为m次谐波的表达式，cm表示m次谐波的幅值，其角频率为mω，初始相位为φm，其有效值为 cm/√2。
当m=1时，为基波分量的表达式，其角频率为ω，初始相位为φ1，其方均根值c1/√2称为基波有效值。
近30年来，电力电子装置的应用日益广泛，也使得电力电子装置成为最大的谐波源。在各种电力电子装置中， 整流装置所占的比例最大。常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，其中以三相桥式 和单相桥式整流电路为最多。带阻感负载的整流电路所产生的谐波污染和功率因数滞后已为人们所熟悉。直流侧 采用电容滤波的二极管整流电路也是严重的谐波污染源。这种电路输入电流的基波分量相位与电源电压相位大体 相同，因而基波功率因数接近1。但其输入电流的谐波分量却很大，给电网造成严重污染，也使得总的功率因数很 低。另外，采用相控方式的交流电力调整电路及周波变流器等电力电子装置也会在输入侧产生大量的谐波电流。
直到大约1978年，制造电力电容器仍然使用包含PCB的介质注入技术。后来人们发现，PCB是有毒的，这种 有毒的气体在燃烧时会释放出来。这些电容器不再被允许使用并且必须处理，它们必须被送到处理特殊废料的焚 化装置里或者深埋到安全的地方。
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3.对感应电动机的影响 感应电动机的谐波功率损失主要是铜损，并且 和(Un/Xn)2Ra成正比。当流过感应电动机的谐波 电流增大时，其铁心齿部磁饱和增大，使基波电 抗X1和谐波电抗Xn都减小，因而使谐波功率损 失增大。此外，磁饱和也会引起激磁阻抗和基波 负序阻抗减小。在感应电动机的端电压和基波负 序电压一定时，激磁电流和负序电流引起的铜损 也会增大。从而引起附加发热增大。
方法
§6.4 谐波电流
一、电力牵引负荷谐波电流的产生和谐波对电力 系统的影响
1.高次谐波电流可能引起电力系统内的共振现象 2.对发电机的影响 (1)谐波电流流入三相定子绕组时，产生旋转磁场， 引起振动扭矩。谐波旋转磁场对转子以数倍同步转速 的速度相交链，因此在转子回路中感应出数倍基波频 率的电压和电流。由定子的谐波旋转磁场与转子的激 磁电流以及由定子的工作旋转磁场与谐波在转子中感 应的电流相互作用而产生的交变电磁力矩，传到转子 转轴和定子机座上，引起额外的振动扭矩。
牵引供电系统 （A)
石家庄铁道大学四方学院 电气工程系
办公室：134#109 办公电话：84576246
第6章 牵引负荷对电力系 统的影响与对策
小结
典型接线的牵引变压器（单相、三相、三相－ 两相平衡变压器）负序电流的计算
减小负序影响的措施 负序对电力系统的影响 负序电流的允许值 降低负序影响的措施 牵引变电所换接相序的基本要求 单相、V，v、三相变压器接线时换接相序的
小结
➢ 谐波对电力系统的影响 ➢ 减少谐波影响的措施 ➢ 功率因数低对电力系统的影响 ➢ 造成牵引网功率因数低的主要原因 ➢ 提高牵引负荷功率因数的措施
同学们
来学校和回家的路上要注意安全
同学们
来学校和回家的路上要注意安全
4.对电容器和串联电抗器的影响
(1)增加电容器额外的电和热的影 响
(2)增加串联电抗器额外的电和热的影响
5.对电气计量仪表的影响
高次谐波对电气计量仪表，特别是对电度计 量仪表的影响较大。
6.对变压器的影响 高次谐波电流流入变压器产生的铁心磁滞现象会 引起噪音增大，此外，还会产生由高次谐波电流、 电压而引起的铁损和铜损，使变压器的总电能损失 增大，并使变压器容量利用率减小。 7.其他影响 (1)由于电源电压波形畸变，含有高次谐波，使 控制信号相位变化而引起相位控制的装置发生误控 现象； (2)影响电子计算机正常工作； (3)影响电视机、收音机、放大器等视听效果， 产生噪音及图像闪动。
2. 造成牵引网功率因数低的主要原因
cos 0.75 0.78
③ (由于牵引变压器影
cos 0.8 0.85
① (整流型电力机车，
由于交流侧电流波形畸变及
整流换相过程中的重叠导通角
②
的影响，使功率因数低)
cos 0.80 0.82
(牵引网阻抗影响，牵引变电所
三、减少谐波影响的措施
(1)在牵引变电所牵引侧装设并联电容补偿装置。 (2)减少谐波电流的发生量。 (3)在电力机车上加装并联补偿滤波装置。 (4)电力系统增容、调整运行方式等。
§6.5 功率因数
1.功率因数低对电力系统的影响：
(1)降低了发电机设备的输出能力和输变电设备的供
电能力，使电气设备效率降低，成本提高。
低压侧功率因数要降低0.01-0.05)
3.提高牵引负荷功率因数的措施 (1)提高用电自然功率因数。例如，提高电力机
车的功率因数；改善牵引网的阻抗特性，包括减小 牵引网单位阻抗值和阻抗角，限制供电臂的长度等； 合理选择牵引变压器容量，提高其容量利用率。
(2)在牵引变电所牵引侧装设并联电容器补偿装 置。由于静电电容器具有投资省、有功功率损耗小、 安装简单、无旋转部分、运行维护方便以及故障范 围小等优点，故在工业企业中得到了广泛的应用。 在牵引变电所牵引侧采用并联电容补偿装置，既是 减少牵引负荷谐波影响的一项措施，又是提高牵引 负荷功率因数的一种对策。
(2)谐波电流流入三相定子绕组时，还增加定子绕 组和定子铁心的附加电能损失和发热。
(3)引起转子激磁绕组的附加发热。当谐波电流与 负序电流同时流入三相定子绕组时，则在转子激 磁绕组回路中感应出6倍或12倍基波频率的电流。 该电流引起附加的电能损失和发热。
(4)引起阻尼绕组过热，以致损坏。由于谐波旋转 磁场在转子上的阻尼绕组中感应出电势而引起电 流。当感应电流过大时，会导致阻尼绕组过热， 以致损坏。
S P
cos
S一定时 : cos , P
(2)无功功率在电网中传播，造成可观的功率损失
当电流流过输电网时，产生的有功功率损失为：
P
3I
2r
3 U
P
cos
2
r
3P2r U2
1 cos2
cos , P
(3)恶化供电电压损失
U I (R cos X sin ) cos , P一定， 则S I U