电气化铁路的谐波治理
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气化铁路 的谐波治理工作 。
一
过 晶闸管开关投切滤波器 的方式来实现功率补偿。 （ ２）在铁路的牵引变压器内安 装滤波器 。我 国的电气化牵引站以 前一般采用断路器投切或者采用 晶闸管控制 Ｓ Ｖ Ｃ 的方式安装无源滤波 器， 但 是由于无源滤波器本身可能与电力 系统发生谐振 ， 其补偿效果并 不十分理想 。与之相反 ，有源滤波器可 以实现无功状态下的动态补偿 ， 比较适合 电气化铁路的实际情况。但是 由于所需容量较大 ，价格昂贵 ， 如果单独使用 的话成本太高。因此 ， 我 国目前一般采用有 源与无源滤波 器混合使 用的方式 ， 来提高对电气化铁路 系统 中高次谐波的滤波效果。 除了以上措施之外 ， 我们 还可 以通过合理安排铁路系统中的列 车通
行方式 ， 确保单相负载可 以均衡地分布在 电气化铁路的沿线 ， 降低 产生 谐波污染的概率 ； 合理安排 电气化铁路各牵引站的供电电源， 可以采用 主供 电源与备用电源相配合 的方式进行调配。 在供 电电源的分布上要注 意相互之间的电气距离 ，避免相互之间的干扰。
２ 、Ｐ Ｗ Ｍ整 流 一 斩 波 方 案
—
主 ’ ’ ’ 一
＿ １ Ａ ｃ ／ Ｄ ｅ 整 流 器
ｌ ＡＣ ／ ｔ ） Ｃ Ｐ 羰 流 瓣
、
电气化铁路 的谐波的产生与特点
根据电气化铁路 中电力机车工作的不同阶段 ， 产生的谐波含量也有
很大不同。 下面即以电力机 车的实 际运行为序 ， 分别介绍各个 工作阶段 所产生谐 波的特 点。 １ 、电力机车在启动阶段 ，在 晶闸管开放后馈线 电流逐渐上升 ，同 时主变压器 、 平波 电抗器等的作 用也减缓 了馈线 电流的上升过程。在晶 闸管触发的时刻 ， 会产生馈线 电流谐波 ，该类谐 波具有 “ 开始时刻突然 增加 、后续阶段缓慢增 加”的特点 。 ２ 、电力机车在经过分区亭时 ，由于机车的主变磁通不能发生突变 ， 从而导致励磁涌流。 电力系统 中的谐波含量由主断路器合 闸时刻 的电压 初相角决定 ，该类谐波污染呈现出波形不对称 、畸变较大等特点 。 ３ 、电力机车在下坡运行或准备进站时 ，机车一般处 于惰行状态 。 此 时机车 的馈线 电流主要来 自机车控制 电路用 电、 主变压 器损耗 以及馈 线 的电弧损耗等 ， 随着机车位置 的不断移动 ， 受电弓在接触线上一直处 于滑动状态 ，如果二者的接触不好 ， 就会导致 电弧放电 ， 从 而产生谐波 ’ 干扰 。这类谐波 的特点是频谱分布广泛、发 生时间较短 。 ４ 、电力机车在加速过程 中，晶闸管 的控制角也逐渐减小 ，这包括 了以下两 种情况 ： 既可能是各分段整流桥晶闸管控制角的减小 ，也可能 是各分 段整流桥 之间的平滑过渡 。 在后一种情况下 ， 当新触发整流桥 的 馈线电流开始上 升时 ，就会导致谐波分量的产生。 ５ 、电力机车在减速制 动过程 中，与加速过程类似 ，馈线电流中的 谐波分量将平 滑变化 ， 并最终稳定 。如果机车采用的是 电阻制动 ，此时 晶 闸管闭合 ， 牵引 电机处于激励 发电状态 ， 机车上边 的主要负载都为线 性负载 ， 非线性负载几乎为零 ， 此时馈线电流上的谐波干扰也几乎为零。 根据作者的实际工作 ，以 Ｓ Ｓ — Ｉ Ｉ 型机车为例 ，
速发展。电气化铁路具有速度快 、 节约能源 、 环境污染小等优点 ，目 前 以成为我国铁路 动力改造 的一个主要方 向， 以适应社会主义市场经济条 件 日益增长的运 输需求 。 在 电气化铁 路迅速增长 的同时 ，也间接地引入 了大量 的非 线性负 荷 ，加重了电力系统的谐波污染 。有统计表明 ，电气化铁路 目前 已成为 电力系统的最主要谐波源之一 。 因此 ， 加强电气 化铁路 的谐波治理工作 ， 就有着十分重要的现实意义。 与其他行业 的电力 系统相 比， 电气化铁路 有其特殊性 ，其负荷具有 不对称 、非线性 以及波动较大等特点 ，这也导 致 了电气化铁路系统的谐波呈现时变性 、 波动性等特点 ， 这也给治理工 作带来 了难度 。 在欧美等一些 国家 ，电气化铁路的谐波 污染 已经造成 了 多起严重 的交通事故 ， 我国必须要以此 为鉴 ， 防患于未然 ， 努力做好 电
电气化铁路的谐波治理
徐 力 强
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
国电南瑞科技股份有 限公 司 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ６ １ 【 摘 要 】作者结合 自己的实际工作 ，阐述了电气化铁路 系统 中谐波产生的原 因以及谐波的特点，并结合 国外经验 ，给 出了相应的电气化铁路 的谐 波抑制措施 ，并重点介绍 了 Ｐ Ｗ Ｍ整流一 斩波方案 ，具有一定的实际意义。
【 关键 词 】谐 波治 理 Ｐ Ｗ Ｍ整 流 一 斩 波 电 气化 铁 路 中图分类号：Ｔ Ｍ７ １ ｌ文献标识码：Ｂ 文章编号：１ ０ ０ ９ － ４ ０ ６ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ７ ６ — ０ １
随着 我国改革开放 的不断深入 ， 我 国的电气化铁路建设也得 到了飞
电力机车只有在运动状态下 才可能产生谐波污染 ， 即谐波具有某种 意义上 的 “ 流动性 ” 。传统的抑制措施都是通过在每个变 电所增加大容 量设备 ， 通过滤波和无功补偿的方式降低谐波污染 ， 如果 电力机车的运 作 时间并不长 ，这些传统抑制措施 的效率极低 ，成本太高。 Ｐ ＷＭ整流一 斩波方案则是从电力机车 自身考虑 ， 降低其工作 时产生 的谐波 ，从而减少 电力 机车对整个电 网的影 响。从 某种 意义上来讲 ， Ｐ ＷＭ整流一 斩波方案可 以代替 目前广泛采用 的晶闸管相控整流方式 ， 从 根 本 上解 决 电气 化 铁 路 的谐 波 污 染 问 题 。 在该方案中 ，主要 由 Ｐ ＷＭ整流器、Ｄ Ｃ ／ Ｃ Ｄ斩波器以及变压器等器 件构成 ，其方案原理 图如下所示 ：
一
过 晶闸管开关投切滤波器 的方式来实现功率补偿。 （ ２）在铁路的牵引变压器内安 装滤波器 。我 国的电气化牵引站以 前一般采用断路器投切或者采用 晶闸管控制 Ｓ Ｖ Ｃ 的方式安装无源滤波 器， 但 是由于无源滤波器本身可能与电力 系统发生谐振 ， 其补偿效果并 不十分理想 。与之相反 ，有源滤波器可 以实现无功状态下的动态补偿 ， 比较适合 电气化铁路的实际情况。但是 由于所需容量较大 ，价格昂贵 ， 如果单独使用 的话成本太高。因此 ， 我 国目前一般采用有 源与无源滤波 器混合使 用的方式 ， 来提高对电气化铁路 系统 中高次谐波的滤波效果。 除了以上措施之外 ， 我们 还可 以通过合理安排铁路系统中的列 车通
行方式 ， 确保单相负载可 以均衡地分布在 电气化铁路的沿线 ， 降低 产生 谐波污染的概率 ； 合理安排 电气化铁路各牵引站的供电电源， 可以采用 主供 电源与备用电源相配合 的方式进行调配。 在供 电电源的分布上要注 意相互之间的电气距离 ，避免相互之间的干扰。
２ 、Ｐ Ｗ Ｍ整 流 一 斩 波 方 案
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主 ’ ’ ’ 一
＿ １ Ａ ｃ ／ Ｄ ｅ 整 流 器
ｌ ＡＣ ／ ｔ ） Ｃ Ｐ 羰 流 瓣
、
电气化铁路 的谐波的产生与特点
根据电气化铁路 中电力机车工作的不同阶段 ， 产生的谐波含量也有
很大不同。 下面即以电力机 车的实 际运行为序 ， 分别介绍各个 工作阶段 所产生谐 波的特 点。 １ 、电力机车在启动阶段 ，在 晶闸管开放后馈线 电流逐渐上升 ，同 时主变压器 、 平波 电抗器等的作 用也减缓 了馈线 电流的上升过程。在晶 闸管触发的时刻 ， 会产生馈线 电流谐波 ，该类谐 波具有 “ 开始时刻突然 增加 、后续阶段缓慢增 加”的特点 。 ２ 、电力机车在经过分区亭时 ，由于机车的主变磁通不能发生突变 ， 从而导致励磁涌流。 电力系统 中的谐波含量由主断路器合 闸时刻 的电压 初相角决定 ，该类谐波污染呈现出波形不对称 、畸变较大等特点 。 ３ 、电力机车在下坡运行或准备进站时 ，机车一般处 于惰行状态 。 此 时机车 的馈线 电流主要来 自机车控制 电路用 电、 主变压 器损耗 以及馈 线 的电弧损耗等 ， 随着机车位置 的不断移动 ， 受电弓在接触线上一直处 于滑动状态 ，如果二者的接触不好 ， 就会导致 电弧放电 ， 从 而产生谐波 ’ 干扰 。这类谐波 的特点是频谱分布广泛、发 生时间较短 。 ４ 、电力机车在加速过程 中，晶闸管 的控制角也逐渐减小 ，这包括 了以下两 种情况 ： 既可能是各分段整流桥晶闸管控制角的减小 ，也可能 是各分 段整流桥 之间的平滑过渡 。 在后一种情况下 ， 当新触发整流桥 的 馈线电流开始上 升时 ，就会导致谐波分量的产生。 ５ 、电力机车在减速制 动过程 中，与加速过程类似 ，馈线电流中的 谐波分量将平 滑变化 ， 并最终稳定 。如果机车采用的是 电阻制动 ，此时 晶 闸管闭合 ， 牵引 电机处于激励 发电状态 ， 机车上边 的主要负载都为线 性负载 ， 非线性负载几乎为零 ， 此时馈线电流上的谐波干扰也几乎为零。 根据作者的实际工作 ，以 Ｓ Ｓ — Ｉ Ｉ 型机车为例 ，
速发展。电气化铁路具有速度快 、 节约能源 、 环境污染小等优点 ，目 前 以成为我国铁路 动力改造 的一个主要方 向， 以适应社会主义市场经济条 件 日益增长的运 输需求 。 在 电气化铁 路迅速增长 的同时 ，也间接地引入 了大量 的非 线性负 荷 ，加重了电力系统的谐波污染 。有统计表明 ，电气化铁路 目前 已成为 电力系统的最主要谐波源之一 。 因此 ， 加强电气 化铁路 的谐波治理工作 ， 就有着十分重要的现实意义。 与其他行业 的电力 系统相 比， 电气化铁路 有其特殊性 ，其负荷具有 不对称 、非线性 以及波动较大等特点 ，这也导 致 了电气化铁路系统的谐波呈现时变性 、 波动性等特点 ， 这也给治理工 作带来 了难度 。 在欧美等一些 国家 ，电气化铁路的谐波 污染 已经造成 了 多起严重 的交通事故 ， 我国必须要以此 为鉴 ， 防患于未然 ， 努力做好 电
电气化铁路的谐波治理
徐 力 强
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
国电南瑞科技股份有 限公 司 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ６ １ 【 摘 要 】作者结合 自己的实际工作 ，阐述了电气化铁路 系统 中谐波产生的原 因以及谐波的特点，并结合 国外经验 ，给 出了相应的电气化铁路 的谐 波抑制措施 ，并重点介绍 了 Ｐ Ｗ Ｍ整流一 斩波方案 ，具有一定的实际意义。
【 关键 词 】谐 波治 理 Ｐ Ｗ Ｍ整 流 一 斩 波 电 气化 铁 路 中图分类号：Ｔ Ｍ７ １ ｌ文献标识码：Ｂ 文章编号：１ ０ ０ ９ － ４ ０ ６ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ７ ６ — ０ １
随着 我国改革开放 的不断深入 ， 我 国的电气化铁路建设也得 到了飞
电力机车只有在运动状态下 才可能产生谐波污染 ， 即谐波具有某种 意义上 的 “ 流动性 ” 。传统的抑制措施都是通过在每个变 电所增加大容 量设备 ， 通过滤波和无功补偿的方式降低谐波污染 ， 如果 电力机车的运 作 时间并不长 ，这些传统抑制措施 的效率极低 ，成本太高。 Ｐ ＷＭ整流一 斩波方案则是从电力机车 自身考虑 ， 降低其工作 时产生 的谐波 ，从而减少 电力 机车对整个电 网的影 响。从 某种 意义上来讲 ， Ｐ ＷＭ整流一 斩波方案可 以代替 目前广泛采用 的晶闸管相控整流方式 ， 从 根 本 上解 决 电气 化 铁 路 的谐 波 污 染 问 题 。 在该方案中 ，主要 由 Ｐ ＷＭ整流器、Ｄ Ｃ ／ Ｃ Ｄ斩波器以及变压器等器 件构成 ，其方案原理 图如下所示 ：