带回流线的直供型牵引供电系统_图文
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• 图中也清楚的显示了零序电流为0，即单相的电力 机车负荷并没有在系统中引起零序电流。
第三部分：电能质量
2、电力机车产生的负序分量
三相电压、电流不平衡造成的危害，主要有： 引起旋转电机的附加发热和振动，使发电机容量利用率
下降，危及其安全运行和正常出力； 使变压器寿命缩短，且还会因磁路不平衡，造成附加损
• 当电力系统的频率下降时，较频率上升时，触发失败 的时间略长，但若整流一旦发生异常，在短时间内（ 不到两个周期）整个电路就触发失败，牵引电机直流 也在随之立即下降至几安培，严重影响牵引电机的正 常工作。
• 值得注意的是：频率下降时，在整流触发失败之前， 牵引电机的直流分量有一个明显增加的过程，甚至会 高达牵引电机额定工作电流的2倍，显然，若是让牵 引电机长时间在如此高的电流下工作，会大大的影响 电机的寿命，甚至导致其烧毁。
第三部分：电能质量
4、网压侧电压骤降的影响
• 对于电网出现的频率偏差，电力机车的异 常反应极为迅速，而且对电网的频率偏差 范围要求更严格。
• 单复线供电区段出现网压骤降时，一样会 导致系统的谐波含量增加，功率因数下降 。
• 相较于频率偏差，电力机车的反应要相对 缓和一些，在网压迅速恢复时，整流电路 又会很快恢复正常。
第二部分：牵引网
• 流向吸上线3和4的电流 的比值为：54： 42=1.29。
第二部分：牵引网
• 随着节点离变电所距离变长，钢 轨电压下降
• 泄露电流的影响主要表现在当电 力机车通过时，会引起通信设备 地电位升高，从而影响通信设备 的正常运行。
• 列车处钢轨电位越高，列车获得 的牵引电压就越小。所以，降低 钢轨电位是很有实际意义的。
带回流线的直供型牵引供电系统_图文.ppt
ຫໍສະໝຸດ Baidu纲
SS4型电力机车的建模与仿真研 究
带回流线的直供型牵引网的建模 与供电系统的研究
牵引供电系统的电能质量研究
• 电力机车产生的谐波，负序问题 • 电网侧频率偏差，电压偏差、骤降
（升）对电力机车运行的影响
第一部分
SS4电力机车的建 模与仿真研究
第一部分：SS4电力机车
考虑漏抗时四段整流桥的输出电 压：
=
=
• 要计算有重 叠导通时的 输出电压平 均值，就得 在每次换流 中从不考虑 重叠的输出 电压中减去 换流期的电 压损失，只 要计算换相 压降 即可 。
第一部分：SS4电力机车
4、SS4主电路的调速特性
在整流电压电流的线性给 定值下，由
• 牵引电机空载电势的计 算
第三部分：电能质量
4、网压侧电压骤降的影响
单 线 区 段
在加上断路故障时 ，会引起电网侧的 电流的谐波含量增 加。并且，故障持 续的时间越长，其 增加的谐波含量越 大。
第三部分：电能质量 4、网压侧电压骤降的影响
• 复线区段
与单线区段一样, 在加 上断路故障时，会引起 电网侧的电流的谐波含 量增加。并且，故障持 续时间越长,其增加的谐 波含量越大。
1、SS4 电力机车的相控调压原理
2、仿真电路图
第一部分：SS4电力机车
• 网压电源为的理想电压源； • 变压器：4760kVA，
25000/671.14/2×335.57V ； 漏抗11%； • 平波电抗器0.0078H，牵引 电机的总电阻为0.044104Ω 。
第一部分：SS4电力机车
3、整流电路漏抗的影响
• 整流桥的触发角的确定 描绘SS4电力机车的调速
特 性曲线，如右图：
第一部分：SS4电力机车
5、SS4的功率因数
• 电力机车的功率因数 PF与机车速度的关 系称为功率因数特性 。
第二部分
带回流线的直供型牵引网的 建模与供电特性
第二部分：牵引网
1、牵引网阻抗的等效原 理
2、仿真电路图
第二部分：牵引网
• 谐波的含量增加也导致了电网侧的功率因数的降低。
第三部分：电能质量
1、电力机车引起的谐波分析
• 当谐波电流返回系统时，由于牵引网对地分布电容和回 路电感的影响，可能构成谐波的谐振回路，造成谐振放 大，危及系统安全。
• 谐波电流流过牵引变压器，会产生谐波电压降，引起附 加铁损和铜耗，使变压器容量减小，效率降低。
第三部分：电能质量
5、网压侧电压偏差的影响
在整流桥均为满开放时，调节网压侧的电压值， 当网压下降为102.75kV时，整流侧的牵引电机工作 在额定的工作状态，此时，其直流分量分别为 1.0328k V，0.840117k A。此时，牵引网的功率因 数为：
第三部分：电能质量
5、网压侧电压偏差的影响
• 在整流电路中，因为直流侧的电压与电流值与晶闸管的 触发角直接相关
• 但是若是网压侧的电压值过低时，即使整流桥全部满开 放，整流电压也不能达到牵引电机的额定功率，此时， 电力机车的正常运行就会受到影响。
• 而若是网压侧的电压值过高，虽然理论上，可以通过触 发角的调节总是能使整流桥的输出电压值保持在牵引电 机的额定电压上，但是过高的网压会使晶闸管寿命缩短 ，甚至烧毁。所以这也是不允许的。
3、仿真电路图
第二部分：牵引网 • 带SS4机车负载时
• 除了用机车模型代替恒阻抗负载，还将电力机车 位于离牵引所12km处，其他参数取值均不变。
第二部分：牵引网
• 其谐波含量明显，也导 致读数时其值过大
带SS4电力机车负荷与带 恒阻抗负荷时钢轨电位的 变化趋势完全一样，只是 在钢轨电位值大小上又差 异。毕竟电力机车是一个 非线性变化的负荷，不是 一个恒阻抗。
第三部分：电能质量
3、电网频率偏差的影响
单 线 区 段
复 线 区 段
单复线区段当频率上升或者下降时，电力机车的整流电路 出现异常的规律基本相似，而且出现整流异常的的时间与 频率偏差的幅值直接相关，频率出现的偏差值越大，出现 异常的时间越短。
第三部分：电能质量
3、电网频率偏差的影响
• 当电力系统的频率上升时，电力机车较短的时间内就 会出现整流异常，甚至只有0.1s左右。牵引电机的直 流渐渐下降的达到一个新的平衡，不会出现立即降至 几乎为0的突变。但是频率的上升还是很容易就导致 整流触发异常，使牵引电机的直流电流过低。
耗 引起以负序分量为启动元件保护发生误动作； 对于通信系统，会增大对其干扰，影响正常通信质量。 所以，为了减少单相牵引负荷对负序影响的改善措施：
牵引供电系统：相邻牵引变电所的牵引变压器 原边换接相序；牵引变电所采Scott接线的变压 器；
电力系统：在发电厂或者枢纽变电所安装特殊订 货的同步调相机，或者是临时性的过渡措施，来 改变系统负序电流的分配，以减少负序电流流入 负序承受能力弱或较重的设备。
第二部分：牵引网 4、复线区段的供电特性
其中接触网采用接触网选GLCA，承力索选GJ-70，回流线选 LJ－185，钢轨选50kg/m。
• 上下行回路间的零序互 阻抗
第二部分：牵引网 4、复线区段的供电特性
• 上行机车位于12km处，下行机车在15km处
第二部分：牵引网 4、复线区段的供电特性
在整流桥均为满开放时，若网压侧的电压值继续下降， 牵引电机的电流也将低于其额定电流840A。当网压下降为 10%，即为99k V时，整流侧电压电流的直流分量分别为 1.02569k V，0.745709k A，则牵引功率为
此时，牵引网的功率因数为：
第三部分：电能质量
5、网压侧电压偏差的影响
• 相较于在同等条件时在机车在额定工况工作条件下，当 其牵引功率下降时，会导致其主电路的功率因数下降。
第三部分：电能质量
第三部分：电能质量研究
分单复线供电区段从以下几方面分别讨 论了电能质量的问题：
电力机车引起的谐波分析 电力机车产生的负序分量 电网频率偏差的影响 网压侧电压骤降的影响 网压侧电压偏差的影响
第三部分：电能质量
1、电力机车引起的谐波分析
• 单线区段
• 复线区段
• 电力机车的整流电路产生的谐波含量以奇次谐波为主 复线区段网压侧的变压器原边的谐波总含量比单线区 段时略高一些，因为多列电力机车工作在不同的位置 产生的谐波含量是变化的。
• 所以，为保证电气化铁路经济、安全的运行， 必须将牵引供电系统的电能质量控制在安全合 理范围内。
相较于单线供电，复线供电时 ，电力机车的运行使电力系统 中的谐波含量更是明显增加， 网压侧的电流谐波含量非常大 ，导致其的波形畸变更为严重 。
• 复线区段与单线时的几乎所有 的参数的变化趋势相同。
• 且由于复线是上下行分开并联 供电，电力机车位置不同，上 下行的电压电流的取值也不一 样，
• 即牵引网供电系统中，各部分 电压电流的分布与机车的所在 位置密切相关。
• 在复线区段，其现象与结论与单线区段一致。
总结与展望
• 结果表明：由于电力机车为单相相控整流型非 线性负荷，必然会在电力系统引起负序分量， 谐波含量多，功率因数低等电能质量问题。
• 同时，电力系统的频率偏差以及电压偏差对电 力机车影响也是不容忽视的。
• 电力机车对频率变化很敏感，以内的频率偏差 也极易导其整流装置触发紊乱，甚至触发失败 ，使电力机车不能正常运行。
• 六个传输线模块（seg1～seg6），每一表示5km,总供 电距离为30km。
• “负载”为机车，距离变电所15km处, 机车等效阻抗 (62.5+j46.875)Ω,
• 三相电源参数：线电压110kV。变压器参数：容量 50MVA, 变比110 kV /27.5 kV，短路阻抗百分数10.5% 。
消除或者减少电力系统中的谐波含量，措施： 在牵引变电所牵引侧或者是电力机车上加装装设并
联电容补偿装置 减少谐波电流的发生量 电力系统增容，调整运行方式等等。
第三部分：电能质量
2、电力机车产生的负序分量
单 线 区 段
复 线 区 段
• 当牵引变压器所采用单相接线牵引变压器时，其 负荷在三相电力系统中引起的负序电流绝对值与 正序电流绝对值相等，电流不对称系数为也依然 为100%。
第三部分：电能质量
2、电力机车产生的负序分量
三相电压、电流不平衡造成的危害，主要有： 引起旋转电机的附加发热和振动，使发电机容量利用率
下降，危及其安全运行和正常出力； 使变压器寿命缩短，且还会因磁路不平衡，造成附加损
• 当电力系统的频率下降时，较频率上升时，触发失败 的时间略长，但若整流一旦发生异常，在短时间内（ 不到两个周期）整个电路就触发失败，牵引电机直流 也在随之立即下降至几安培，严重影响牵引电机的正 常工作。
• 值得注意的是：频率下降时，在整流触发失败之前， 牵引电机的直流分量有一个明显增加的过程，甚至会 高达牵引电机额定工作电流的2倍，显然，若是让牵 引电机长时间在如此高的电流下工作，会大大的影响 电机的寿命，甚至导致其烧毁。
第三部分：电能质量
4、网压侧电压骤降的影响
• 对于电网出现的频率偏差，电力机车的异 常反应极为迅速，而且对电网的频率偏差 范围要求更严格。
• 单复线供电区段出现网压骤降时，一样会 导致系统的谐波含量增加，功率因数下降 。
• 相较于频率偏差，电力机车的反应要相对 缓和一些，在网压迅速恢复时，整流电路 又会很快恢复正常。
第二部分：牵引网
• 流向吸上线3和4的电流 的比值为：54： 42=1.29。
第二部分：牵引网
• 随着节点离变电所距离变长，钢 轨电压下降
• 泄露电流的影响主要表现在当电 力机车通过时，会引起通信设备 地电位升高，从而影响通信设备 的正常运行。
• 列车处钢轨电位越高，列车获得 的牵引电压就越小。所以，降低 钢轨电位是很有实际意义的。
带回流线的直供型牵引供电系统_图文.ppt
ຫໍສະໝຸດ Baidu纲
SS4型电力机车的建模与仿真研 究
带回流线的直供型牵引网的建模 与供电系统的研究
牵引供电系统的电能质量研究
• 电力机车产生的谐波，负序问题 • 电网侧频率偏差，电压偏差、骤降
（升）对电力机车运行的影响
第一部分
SS4电力机车的建 模与仿真研究
第一部分：SS4电力机车
考虑漏抗时四段整流桥的输出电 压：
=
=
• 要计算有重 叠导通时的 输出电压平 均值，就得 在每次换流 中从不考虑 重叠的输出 电压中减去 换流期的电 压损失，只 要计算换相 压降 即可 。
第一部分：SS4电力机车
4、SS4主电路的调速特性
在整流电压电流的线性给 定值下，由
• 牵引电机空载电势的计 算
第三部分：电能质量
4、网压侧电压骤降的影响
单 线 区 段
在加上断路故障时 ，会引起电网侧的 电流的谐波含量增 加。并且，故障持 续的时间越长，其 增加的谐波含量越 大。
第三部分：电能质量 4、网压侧电压骤降的影响
• 复线区段
与单线区段一样, 在加 上断路故障时，会引起 电网侧的电流的谐波含 量增加。并且，故障持 续时间越长,其增加的谐 波含量越大。
1、SS4 电力机车的相控调压原理
2、仿真电路图
第一部分：SS4电力机车
• 网压电源为的理想电压源； • 变压器：4760kVA，
25000/671.14/2×335.57V ； 漏抗11%； • 平波电抗器0.0078H，牵引 电机的总电阻为0.044104Ω 。
第一部分：SS4电力机车
3、整流电路漏抗的影响
• 整流桥的触发角的确定 描绘SS4电力机车的调速
特 性曲线，如右图：
第一部分：SS4电力机车
5、SS4的功率因数
• 电力机车的功率因数 PF与机车速度的关 系称为功率因数特性 。
第二部分
带回流线的直供型牵引网的 建模与供电特性
第二部分：牵引网
1、牵引网阻抗的等效原 理
2、仿真电路图
第二部分：牵引网
• 谐波的含量增加也导致了电网侧的功率因数的降低。
第三部分：电能质量
1、电力机车引起的谐波分析
• 当谐波电流返回系统时，由于牵引网对地分布电容和回 路电感的影响，可能构成谐波的谐振回路，造成谐振放 大，危及系统安全。
• 谐波电流流过牵引变压器，会产生谐波电压降，引起附 加铁损和铜耗，使变压器容量减小，效率降低。
第三部分：电能质量
5、网压侧电压偏差的影响
在整流桥均为满开放时，调节网压侧的电压值， 当网压下降为102.75kV时，整流侧的牵引电机工作 在额定的工作状态，此时，其直流分量分别为 1.0328k V，0.840117k A。此时，牵引网的功率因 数为：
第三部分：电能质量
5、网压侧电压偏差的影响
• 在整流电路中，因为直流侧的电压与电流值与晶闸管的 触发角直接相关
• 但是若是网压侧的电压值过低时，即使整流桥全部满开 放，整流电压也不能达到牵引电机的额定功率，此时， 电力机车的正常运行就会受到影响。
• 而若是网压侧的电压值过高，虽然理论上，可以通过触 发角的调节总是能使整流桥的输出电压值保持在牵引电 机的额定电压上，但是过高的网压会使晶闸管寿命缩短 ，甚至烧毁。所以这也是不允许的。
3、仿真电路图
第二部分：牵引网 • 带SS4机车负载时
• 除了用机车模型代替恒阻抗负载，还将电力机车 位于离牵引所12km处，其他参数取值均不变。
第二部分：牵引网
• 其谐波含量明显，也导 致读数时其值过大
带SS4电力机车负荷与带 恒阻抗负荷时钢轨电位的 变化趋势完全一样，只是 在钢轨电位值大小上又差 异。毕竟电力机车是一个 非线性变化的负荷，不是 一个恒阻抗。
第三部分：电能质量
3、电网频率偏差的影响
单 线 区 段
复 线 区 段
单复线区段当频率上升或者下降时，电力机车的整流电路 出现异常的规律基本相似，而且出现整流异常的的时间与 频率偏差的幅值直接相关，频率出现的偏差值越大，出现 异常的时间越短。
第三部分：电能质量
3、电网频率偏差的影响
• 当电力系统的频率上升时，电力机车较短的时间内就 会出现整流异常，甚至只有0.1s左右。牵引电机的直 流渐渐下降的达到一个新的平衡，不会出现立即降至 几乎为0的突变。但是频率的上升还是很容易就导致 整流触发异常，使牵引电机的直流电流过低。
耗 引起以负序分量为启动元件保护发生误动作； 对于通信系统，会增大对其干扰，影响正常通信质量。 所以，为了减少单相牵引负荷对负序影响的改善措施：
牵引供电系统：相邻牵引变电所的牵引变压器 原边换接相序；牵引变电所采Scott接线的变压 器；
电力系统：在发电厂或者枢纽变电所安装特殊订 货的同步调相机，或者是临时性的过渡措施，来 改变系统负序电流的分配，以减少负序电流流入 负序承受能力弱或较重的设备。
第二部分：牵引网 4、复线区段的供电特性
其中接触网采用接触网选GLCA，承力索选GJ-70，回流线选 LJ－185，钢轨选50kg/m。
• 上下行回路间的零序互 阻抗
第二部分：牵引网 4、复线区段的供电特性
• 上行机车位于12km处，下行机车在15km处
第二部分：牵引网 4、复线区段的供电特性
在整流桥均为满开放时，若网压侧的电压值继续下降， 牵引电机的电流也将低于其额定电流840A。当网压下降为 10%，即为99k V时，整流侧电压电流的直流分量分别为 1.02569k V，0.745709k A，则牵引功率为
此时，牵引网的功率因数为：
第三部分：电能质量
5、网压侧电压偏差的影响
• 相较于在同等条件时在机车在额定工况工作条件下，当 其牵引功率下降时，会导致其主电路的功率因数下降。
第三部分：电能质量
第三部分：电能质量研究
分单复线供电区段从以下几方面分别讨 论了电能质量的问题：
电力机车引起的谐波分析 电力机车产生的负序分量 电网频率偏差的影响 网压侧电压骤降的影响 网压侧电压偏差的影响
第三部分：电能质量
1、电力机车引起的谐波分析
• 单线区段
• 复线区段
• 电力机车的整流电路产生的谐波含量以奇次谐波为主 复线区段网压侧的变压器原边的谐波总含量比单线区 段时略高一些，因为多列电力机车工作在不同的位置 产生的谐波含量是变化的。
• 所以，为保证电气化铁路经济、安全的运行， 必须将牵引供电系统的电能质量控制在安全合 理范围内。
相较于单线供电，复线供电时 ，电力机车的运行使电力系统 中的谐波含量更是明显增加， 网压侧的电流谐波含量非常大 ，导致其的波形畸变更为严重 。
• 复线区段与单线时的几乎所有 的参数的变化趋势相同。
• 且由于复线是上下行分开并联 供电，电力机车位置不同，上 下行的电压电流的取值也不一 样，
• 即牵引网供电系统中，各部分 电压电流的分布与机车的所在 位置密切相关。
• 在复线区段，其现象与结论与单线区段一致。
总结与展望
• 结果表明：由于电力机车为单相相控整流型非 线性负荷，必然会在电力系统引起负序分量， 谐波含量多，功率因数低等电能质量问题。
• 同时，电力系统的频率偏差以及电压偏差对电 力机车影响也是不容忽视的。
• 电力机车对频率变化很敏感，以内的频率偏差 也极易导其整流装置触发紊乱，甚至触发失败 ，使电力机车不能正常运行。
• 六个传输线模块（seg1～seg6），每一表示5km,总供 电距离为30km。
• “负载”为机车，距离变电所15km处, 机车等效阻抗 (62.5+j46.875)Ω,
• 三相电源参数：线电压110kV。变压器参数：容量 50MVA, 变比110 kV /27.5 kV，短路阻抗百分数10.5% 。
消除或者减少电力系统中的谐波含量，措施： 在牵引变电所牵引侧或者是电力机车上加装装设并
联电容补偿装置 减少谐波电流的发生量 电力系统增容，调整运行方式等等。
第三部分：电能质量
2、电力机车产生的负序分量
单 线 区 段
复 线 区 段
• 当牵引变压器所采用单相接线牵引变压器时，其 负荷在三相电力系统中引起的负序电流绝对值与 正序电流绝对值相等，电流不对称系数为也依然 为100%。