牵引负荷对电力系统的影响与对策 大神

牵引变压器 2.电力系统可采取的措施 1）在发电厂或枢纽变电所安装特殊订货的同步调相机。

这种同步调相机，允许承受负序电流的能力较大，负序阻抗较小， 吸收负序电流时不存在相位选择问题，而且有良好的防震性能；并且可 以吸收部分高次谐波，而不会引起共振。 特点：基建投资较大，占地较多，一般不到不得已不采用。
所以纯单相接线的不对称度为1

正序功率

从上式可以看出正序有功功率等于单相负荷的有功功率
不同联结形式的牵引变压器负荷引起的负序 电流


为了研究单相工频交流牵引负荷对电力系统的负序影响，必须分析各 种不同联结形式的牵引变压器负荷引起的负序电流。在分析过程中， 有以下共同假设：牵引变压器一次侧三相电压对称；二次侧两供电臂 功率因数相等；忽略牵引变压器空载电流不计。 单相联结牵引变压器：
A1
0
单相负荷引起的负序电流的特点
A B C
I I I
A B
I I
I
牵引负荷

A

I
I
C
B
I
相的正序
C
0
运用对称分量法
分析
负序及零序电流
I 1 1 1 I 0 0 C0 C 1 1 1 2 2 I 1 a a I ( a a ) I j 3 I C1 3 A 3 3 2 2 I I 1 a a ( a a ) I j 3 I C 2 B


6.谐波电流对变压器的影响 谐波电流流入变压器产生的铁芯磁滞现象会引起噪声增大；还会由高 次谐波电流、电压而引起的附加铁损和铜损，使变压器总电能损失增 大，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、扩音机等视听效果，产生噪音和图像闪动。 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.在电力机车上加装并联补偿滤波装置 3.电力系统增容、调整运行方式等


负序电流流过输电线路是，负序有功功率为0.却要产生电能损失，从 而降低了输电线路的输送能力。 五：对继电保护的影响 负序电流容易使电力系统中以负序分量启动的继电保护及自动装置误 动作，从而增加保护的复杂性。
减少负序影响的措施

1.牵引供电系统可采取的措施 1）相邻牵引变电所的牵引变压器一次侧换接相序，合理安排接触网分段 及其相序； 2）牵引变电所采用电流不对称度为的 斯科特联结


2）临时性的过渡措施 若负序电流的增大是临时性的和过渡性的，则电力系统可采取一些临 时性的运行方式。如将某些输电线路、变压器、电抗器投入或退出， 以此改变系统中负序电流的分配，达到减少负序电流流入那些承受负 序影响的能力较弱和承受负序影响过重的设备的目的。
谐波电流
一、谐波电流的产生及谐波的几个特性参数 1.频谱 一个非正弦周期函数分解成傅里叶级数，以谐波次数为横坐标，各 次谐波的幅值为纵坐标，称为该函数的幅值频谱。若以各次谐波的初 相角为纵坐标，则称为相位频谱。 2.谐波电流次数


谐波
电力机车的整流装置
负序电流
一：负序电流的概念 正序、负序、零序的出现是为了分析在系统电压、电流出现不对称 现象时，把三相的不对称分量分解成对称分量（正、负序）及同向的 零序分量。只要是三相系统，就能分解出上述三个分量（有点象力的 合成与分解，但很多情况下某个分量的数值为零）。对于理想的电力 系统，由于三相对称，因此负序和零序分量的数值都为零（这就是我 们常说正常状态下只有正序分量的原因）。当系统出现故障或三相变 不对称系统，这时就能分解出有幅值的负序和零序分量了 二;负序电流分析方法 对称分量法
●正序分量：三个大小相等，相位差各为1200， 其相序与系统正常运行方式的相序相同。 ●负序分量：三个大小相等，相位差各为1200， 其相序与系统正常运行方式的相序相反。
●零序分量：三个大小相等，相位相同。
即每相相量与该相各序分量的关系可表示为：

F F F

A
F F F
第六章 牵引负荷对电力系统的影响与对策

一：负序电流
1.负序电流的分析方法 2.单相负荷引起的负序电流的特点 3.计算不同结线牵引变电所引起 的负序电流 4.负序电流对电力的影响 5.分析减少负序电流影响的措施
二：谐波的影响及其抑制措施
牵引负荷对电力系统的影响

为什么牵引负荷会对电力系统有上述影响？ 负序电流 单相负荷
各相的正序和负序电流值为：
3 3 j 90 I C1 j I e I 3 3
3 3 j90 IC 2 j I e I 3 3
3 3 3 3 j 30 2 j 30 IA1 j I( a ) e I I A2 j I (a) e I 3 3 3 3
所以，当两供电臂电流相等时，斯科特联结的不平衡度为0 对比不同联结形式的牵引变压器引起的负序电流可得： 1）单相联结牵引变压器负荷，在电力系统中引起的不对称度最 严重，达100%。 2）单相Vv联结、三相YNd11联结牵引变压器，在电力系统中引起 的不对称度相同，当n=1时，为50%。 3）斯科特联结牵引变压器，在电力系统中引起的不对称度，当 n=1时，最小，为0。
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铸造的机座承受振动的能力大，而焊接的机座承受振动能力小，容易 出现焊缝开裂。 二：影响感应电动机的正常工作 当负序电流流入电力系统时，将造成电动机定子绕组三相电压不对称 而使正序分量减小。当电动机的机械功率不变时，必将引起定子电流 增加，使电动机过热。 负序电流还将在电动机中产生负序旋转磁场，对转子产生制动力而引 起制动作用，使电动机的出力下降。电压不对称度越大，该制动力矩 越大 三：造成变压器过热和利用率下降 负序电流引起三相电流不对称。当最大一相的电流达到额定值或允许 过载值时，较小的两相电流却还小于该值，从而使变压器容量利用率 下降。另还造成变压器的附加电能损失，并在变压器铁芯磁路中造成 附加发热。 四：对输电线路的影响




3）引起转子励磁绕组的附加发热。

4）引起阻尼绕组过热，以致损坏。 3.谐波电流对感应电动机的影响

4.谐波电流对电容器和串联电抗器的影响 谐波电流流入电容器后，电容器的实际电压、工作容量、合成电流 都等于对应的额定值乘上一个大于1的系数。可能会引起电容器过电 压、温升过高、过电流，电容器要承受额外的电和热的影响。又因为 电流波形的畸变比电压波形的畸变严重，所以谐波对电容器的影响， 过电流是主要的。

可见单相联结的牵引变压器，其电流不对称系数为1

单相联结电路图
单相Vv联结电路图

单相Vv联结牵引变压器
电流不对称系数为：
单相V,v结线牵引变压器负荷，当n=1（两供电臂电流相等）时， Ki=50%。

三相YNd11联结牵引变压器

当两供电臂电流相等时，不对称度为0.5

斯科特联结牵引变压器

电压有效值为：


衡量波形畸变程度和波形质量，通常用以下四个指标来描述（以电压 波形为例）： 电压波形综合畸变率：

n次谐波电压含有率：
最大电压畸变率： 偏移系数： 二、谐波对电力系统的不良影响 1.谐波电流可能引起电力系统内的谐振 并联谐振:可引起谐波电压放大，容易损坏设备 2）串联谐振:有时会引起串联回路中元件过电流，从而过热。 2.谐波电流对发电机的影响 1）谐波电流流入三相定子绕组，产生旋转磁场，引起振动扭矩。 2）谐波电流流入三相定子绕组时，增加定子绕组和定子铁芯的附加 电能损失和发热。


4）当n=0（两供电臂中一臂有电流，另一臂无电流）时，单相Vv联结、 三相YNd11联结牵引变压器、斯科特联结牵引变压器，在电力系统中 引起的不对称度都与单相联结牵引变压器负荷一样，为100% 5）单相联结、单相Vv联结、三相YNd11联结牵引变压器、斯科特联结、 牵引变压器，都不会在电力系统中引起零序电流。
负序电流对电力系统的影响
一：影响发电机正常工作 1）限制发电机的出力 单相牵引负荷，引起发电机的不对称运行。从发电机的安全运行 考虑，其每相电流都不应超过额定值。否则，电流最大的一相将超过 额定温升。当最大一相电流达到额定值时，较小的两相电流却小于额 定值。因此，限制了发电机的出力。 2）增加了损耗，使转子温度增高 当负序电流流过发电机定子绕组时，产生负序旋转磁场。它相对应转 子的旋转速度为同步转速的两倍，即以两倍同步转速切割转子导体。 在励磁绕组中感应产生两倍工频的附加电流。附加电流形成附加损耗， 引起转子温度增高。 3）增加了附加振动 由负序旋转磁场与转子励磁势以及由正序旋转磁场与转子负序磁势所 产生的两倍工频的交变电磁力矩，同时作用在转子转轴和定子机座上， 引起两倍工频的附加振动。
3 2 3 j 150 3 3 j 150 I (a ) e I I B1 j I (a) e I I B 2 j 3 3 3 3


结论： 单相牵引负荷会在电力系统中引起正序，负序 电流，但不会引起零序电流。 不对称度：单相负荷在电力系统中引起的不对称程度， 一般以电流和电压的不对称系数（不对称度）表示， 即：


2）增加串联电抗器额外的电和热的影响 谐波电流流入串联电抗器后，电抗器的实际电压、工作容量、合成电 流都等于对应的额定值乘上一个大于1的系数。不过，无论从电压还 是容量来看，电抗器受谐波的影响比电容器严重。这是因为电抗器的 谐波感抗，与谐波次数成正比例增大。所以，谐波电流的流入，大大 增加了电抗器额外的电和热的影响。必须十分注意它的温升问题。 5.谐波电流对电气计量仪表的影响 高次谐波对电气计量仪表，特别是电能计量仪表影响较大。因为现在 使用的功率表并没有关于受高次谐波和功率因数影响而产生误差的限 制措施，只能计量出的值为： 而实际上，在谐波条件下使用的功率表应计量同次谐波电流与电压 乘积之和，即：



3.谐波电流幅值和谐波电流含有率



谐波电流含有率的大小与牵引负荷大小、机车工况、牵引网参数等多 种因素有关，因此它是随机量。就其与牵引负荷大小的关系而言，不 可控整流型机车的谐波电流含有率基本上是定制，而可控整流型机车 却是变化的。 4.谐波有效值和波形畸变率 牵引负荷电流有效值为：


A1
F F F


A2
F F F

A0

B

B1

B2
B0

C

C1

C2
C0
F



A
F


A1
F F
B

2

F
A1


A2

2
F

C
F

F F


F

0

A2
F F


1 F F0 3 FC B F A
0

A2
1 2 F FC F A1 3 F A B 1 2 F F A2 3 F A FC B