带回流线的直供型牵引供电系统

•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。
• 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。
• 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。
• 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。
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•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。
• 谐波的含量增加也导致了电网侧的功率因数的降低。
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第二部分 带回流线的直供型牵引网的
建模与供电特性
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第二部分：牵引网
1、牵引网阻抗的等效原理
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2、仿真电路图
•第二部分：牵引网
• 六个传输线模块（seg1～seg6），每一表示5km,总供电 距离为30km。
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•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
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•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
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。
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•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。
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•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 • 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：
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•
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，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：
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•第二部分：牵引网
4、复线区段的供电特性
• 复线区段与单线时的几乎所有的 参数的变化趋势相同。
相较于单线供电，复线供电时， • 且由于复线是上下行分开并联供
电力机车的运行使电力系统中的
电，电力机车位置不同，上下行 的电压电流的取值也不一样，
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
• 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。
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•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：
1. 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；
2. 使变压器寿命缩短，且还会因磁路不平衡，造成附加损耗 3. 引起以负序分量为启动元件保护发生误动作； 4. 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：
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。
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•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% 。
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•
第一部分：SS4电力机车
3、整流电路漏抗的影响
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 。
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• 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。
• 所以，为保证电Baidu Nhomakorabea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。
• 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。
• 在复线区段，其现象与结论与单线区段一致。
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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。
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。
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•第三部分：电能质量
带回流线的直供型牵引供电 系统
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提纲
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
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第一部分
SS4电力机车的建 模与仿真研究
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第一部分：SS4电力机车
1、SS4 电力机车的相控调压原理
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•
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。
• “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%。
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•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。
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•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。
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。
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•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。
• 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。
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单 线 区 段
•第三部分：电能质量 4、网压侧电压骤降的影响
•
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
的波形畸变更为严重。
密切相关。
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•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
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•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：
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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。
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•第三部分：电能质量
3、电网频率偏差的影响
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•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。
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