电气化铁路的谐波标准问题

10. 4. 2.7 6.6 1. 6.6 1. 4. 2. 2. 4.4 6.2 1. 7
92 04 0 3 65 3 65 04 70 46 3 5 75
4.0 2. 1.7 3.2 1. 3.2 1. 2. 1. 1. 2.4 4.8 0. 9
4 29 6 4 25 4 25 29 76 62 9 6 83
电气化铁路的谐波标准问题
1 问题的由来 礼经电器 改革开放以来我国电气化铁路(以下简称电铁)获得迅速发
展。目前全国电铁通车里程已逾万里，遍及 18 个省(自治区、直辖市) 电网。 电力机车整流负荷中含有较大的谐波，由于滤波措施不得力，电铁大 量谐波注入公用电网。据不完全统计，自电铁投运 30 多年来，其谐 波和负序已引发 200MW 发电机跳闸，山西、河南和贵州等省电网大 面积停电或系统解列，电网产生局部谐振，网损明显加大，发电机转 子损坏，继电保护和自动装置非正常频繁启动，用户电动机和电容器 大量烧坏或不能正常运行，小火电厂不能就近并网等一系列危害，使 国民经济蒙受了巨大的损失。随着电铁运量增加和向东部发达地区扩 展，如电铁谐波仍不能得到及时治理，其产生的危害将会更加严重， 对此应有足够的估计。 关于电铁的谐波标准，一直是电力和铁道 2 大部门争论的焦点。电铁 谐波实际上长期处于失控状态。几乎每个电铁工程均引发了谐波标准 的争议，为此国家计委委托中国国际工程咨询公司协调此事。1997 年 5 月成立了专家工作组(由电力、铁道 2 部及一些高等院校的专家、 教授组成)，在中咨公司的领导下开展工作已达 1 年多，尚未得出结 果。本文试图结合对国外有关标准的介绍，指出谐波国标用于电铁的 问题，并以电铁南昆线和京广线上 6 个牵引站作为计算实例，提出确 定电铁谐波限值计算方法，希望能为解决此问题起抛砖引玉的作用。
在《谐波国标》制定中已作过大量调研和论证，不应任意变动(如果 要变动，也应立修订计划)。电铁作为公用电网的一个用户，必须以 此规定为出发点来分配应得的谐波指标。 (2)《谐波国标》中其它规定的内容(例如有关电流分配的计算，谐波 合成计算，测量仪器和测量方法等)在国外有的标准中干脆不写，有 的标准中为了执行方便起见也写上，但很原则，难以概括在实际执行 中遇到的种种问题。国标就是采用了后一种写法，实际上也遗留很多 问题，通过近几年的执行，也发现不少问题，因此应配套制定“技术 导则”之类的文件加以详细补充明确。国标中这些规定，不应等同于(1) 中的内容，对这方面作合理的修订、补充，不应视为违反国标或《电 力法》。事实上标准的权威性是以其科学性为前提的，强行坚持标准 中不合理的(或过时的)规定或做法最终会使标准失去权威性和严肃 性，不利于标准的贯彻。 《谐波国标》制定中，在处理电铁等负荷的 3 次谐波电流限值方面考 虑欠妥。国标是参照英国 G.5/3 规定，结合我国电力系统的实情，一 律放宽到以奇次电压谐波含有率限制值的 60%来计算谐波电流允许 值。显然，这里存在以下 2 个问题： (1)对那些本来就不产生 3 次特征谐波的用户(例如 6 相、12 相整流负 荷)也放宽到 60%是不合理的。而系统中一般大多数谐波源以 5、7 次 等为主，将这些负荷 3 次谐波电流控制在 50%甚至更低水平是完全可 能的，一律放宽的做法不妥。 (2)电气化铁路、工业(交流)电弧炉等负荷，3 次谐波是其最大的特征
营
3.2 0. 3.6 1.2 2. 1.2 2. 0. 3. 0. 5.2 4.6 0. 9
7 89 9 5 61 5 61 89 69 63 1 0 71
1 4.5 1. 4.4 1.5 3. 1.5 3. 1. 4. ห้องสมุดไป่ตู้. 6.5 3.7 1. 1 9 03 7 1 04 1 04 03 47 71 6 6 22
2 国外的有关情况 从收集到的英国、加拿大、新西兰、澳大利亚、美国、南非
等国家和地区的有关标准［1～8］可以看出： (1)目前电气化铁路的谐波问题已经普遍受到各国的关注。在电铁规 划设计阶段，均应作为一个必须认真对待的技术问题。 (2)电铁的谐波限值一般服从各国电力部门制定的谐波标准，铁路部 门努力采取措施，力求达到要求。 (3)针对电铁的特点，各国在贯彻标准上有不同的做法。例如，英国制 定了专门工程导则(P.24)，对电铁负荷的取法及波形作出规定；有些 国家对电铁谐波标准作些弹性处理。对于 110kV 及以上系统，电压 总畸变率不超过 3%，单次谐波不超过 1%(这里是否包括背景谐波似 乎不太一致)；有的国家按本国谐波国标执行。
站 h Ih/ 算法 1 算法 2 算法 3 算法 4 算法 5 算法 6
名 / A Ihi/
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G
G
G
G
G
G
次
A
A
A
A
A
A
10. 0. 11. 1.6 6. 2.8 3. 1. 7. 0. 13. 13. 0. 3
51 89 76 8 26 0 76 49 06 79 25 80 76
10. 1. 6.6 2.7 3. 2.7 3. 1. 6. 0. 11. 3.9 2. 5
17 54 2 4 72 4 72 54 62 86 80 5 58
威 7.3 1. 5.7 2.1 3. 2.1 3. 1. 5. 0. 9.3 2.8 2. 7
舍 2 28 2 0 48 0 48 28 72 78 8 2 60
1 3.7 0. 5.1 0.9 3. 0.9 3. 0. 5. 0. 8.1 1.9 1.
1 3 72 5 9 77 9 77 67 55 46 5 7 90
9.2 1. 6.6 2.6 3. 4.3 2. 2. 3. 1. 7.5 6.5 1. 3
1 38 5 0 54 3 13 31 99 23 0 8 40
6.8 0. 8.3 1.2 5. 1.2 5. 0. 9. 0. 15. 3.0 2. 7
1 82 4 2 59 2 59 74 17 45 05 9 20
2.6 0. 4.3 0.8 3. 0.8 3. 0. 4. 0. 6.6 2.4 1. 9
5 61 7 0 30 0 30 57 67 40 1 0 10
31. 4. 6.5 9.0 3. 15. 2. 8. 3. 4. 7.3 14. 2. 柳 3 32 81 1 3 47 06 08 02 91 27 4 57 15 辛 庄 5 15. 5. 2.9 9.1 1. 9.1 1. 5. 2. 2. 5.2 8.7 1.
18 14 5 6 66 6 66 14 95 89 6 4 74
3 谐波国标用于电铁的问题 GB/T14549-93《电能质量 公用电网谐波》是在总结执行原水电 部《电力系统谐波管理暂行规定》(SD126-84)的经验，系统地研究了 标准的有关问题，结合国情，吸收国外谐波标准研究成果的基础上提 出的，作为推荐性国家标准，于 1994 年 3 月实施。实际上，此标准 为国内唯一的公用电网谐波标准，经《电力法》规定为保证电能质量 的依据(当然只限于谐波指标)之后，就带有权威性，因此应当严肃执 行。但是必须指出： (1)从总体上讲，电网谐波水平是由各级谐波电压来表征的(即各次谐 波电压含有率和电压总谐波畸变率)。尽管国际上对此尚未统一，但
11. 1. 10. 1.9 5. 1.9 5. 1. 10 0. 18. 8.2 1. 5
66 09 66 5 98 5 98 09 .7 61 99 8 41
永 8.3 1. 7.8 1.7 4. 1.7 4. 1. 7. 0. 12. 5.9 1.
丰7 9 06 8 5 80 5 80 06 88 65 93 2 42
14. 3. 4.5 5.8 2. 5.8 2. 3. 4. 1. 8.0 6.7 2. 5
电流(110kV)是实测 95%概率大值(缺 11 次谐波)［9］。6 种算法分别为： (1)第 1 种算法：电铁用电协议容量按 2 台牵引变压器考虑，公共连接 点的供电设备容量按 2 台变压器考虑。 (2)第 2 种算法：电铁用电协议容量按 2 台牵引变压器考虑，公共连接 点的供电设备容量按 1 台变压器(如果 2 台变压器容量不相等则取容 量大的计算，下同)考虑。 (3)第 3 种算法：电铁用电协议容量按 2 台牵引变压器考虑，公共连接 点的供电设备容量按 1 台变压器考虑。另外，将《谐波国标》表 1 中 的 3 次谐波电流允许值除以 0.6(即放大 1.67 倍)。 (4)第 4 种算法：电铁协议容量按 1 台，供电设备容量也按 1 台计算。 另外，将《谐波国标》表 1 中的 3 次谐波电流允许值除以 0.6。 (5)第 5 种算法：电铁协议容量按 1 台计算，供电设备容量按 2 台计算。 另外，将《谐波国标》表 1 中的 3 次谐波电流允许值除以 0.6。 (6)第 6 种算法(参照国外)：公共联接点各次谐波电压含有率均按 1% 考虑。 表 1 数据是根据铁道部门提供的牵引站供电臂谐波电流和电力部门 提供的牵引站供电基础资料计算所得。计算中 27.5kV 侧谐波源电流 一臂取供电臂 95%概率最大电流，另一臂取供电臂的日平均有效电 流。牵引变压器 110kV 侧的三相谐波电流，即注入公共联接点的谐 波电流，YN，d11 接线变压器采用公式(1)，平衡变压器采用公式(2)。
8.5 0. 11. 1.2 6. 2.1 4. 1. 7. 0. 14. 7.2 1. 3
0 76 16 7 71 1 03 12 56 60 19 1 18
百 9.4 0. 10. 1.4 6. 1.4 6. 0. 11 0. 21. 4.3 2. 5
色 6 90 57 3 63 3 63 80 .8 45 05 2 19
1 5.6 2. 1.9 4.3 1. 4.3 1. 2. 1. 2. 2.8 3.9 1.
1 8 94 3 2 32 2 32 94 93 00 4 7 43
30. 3. 10. 5.6 5. 9.4 3. 5. 6. 2. 11. 11. 2. 3