交直交电力机车谐振原因分析与对策

Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｒ ｕ ｈ ｔ ｅ ｆ ｌ ｓ ｎ ｎ ｌ ｓｓｗｈｃ ｉ ｔｔ ｅ ｖ ｌ ｇ ｕ ｔ ａｉｎ ｐ ｅ ｏ ｎ ｎ ｉ ａ ｌ ｙ ｐ ｓ ｅ — ｈ ｏ ｇ ｈ ｅｄ ｔ ｔ ｄ ａ ａｙ ｉ ｉ ｈ ａｍｓａ ｏｔ ｅｆ ｃｕ ｔ ｈ ｎ ｍｅ ｏ ｎ ｒ ｉ ｉ ｅ ａ ｈ ａ ｌ ｏ ｗａ ａ ｓ ｎ
ｌ
Ｉ 《 试 旨况
（ ） 试 时间 ：２ １ 年 ２月 １— ２ １测 ０１ ２ ２日。 （ ）测试 目的 ：一 是捕 捉 网压振 荡 波形 ，掌 握 ２
２～ ２ ７之 间 ，郑 州客 运站 开 闭所母 线 有效 值 电 ９ ２ ：３
压 在 ２ ～ ７ｋ ５ ２ Ｖ之 间波 动 ；机 务 段 、客 运 站 上 行 、
・
２５ ・
图 １ 郑 州 客 运 站 开 闭所 典型 网压 波动 波 形
车 主断路 器 ，轮 流发车运 行 。
（ ）Ｃ Ｈ５型 动车组分 散调 配使用 。 ２ Ｒ
３２ 远 期措 施 ．
（ ） 录波 数 据上 看 ，交 直交 电力 机 车 四象 限 ２ 从 脉 冲变流 器脉 冲频 率 的数量 、分 布较 为 固定 ，脉 冲
振 荡 ，网压低 频振 荡属 于 同型机 车策 略 引起 的强制 振 荡 。若 降低 牵 引供 电系统 阻抗 ，机 车谐 振 的临 界 值 可增 大 ，但 由于 牵 引供 电系统 阻抗 相对 固定 ，改
［］ ２ 康英． 单相 两电平 Ｐ ＷＭ整流器控 制策略研究 与仿真 ［ｊ 科技 Ｊ．
创新 导报 ，２ １ （６ ：５ — ０ ００２ ） ９６．
善 的余地 有 限。
（） ４ 网压低频振荡主要因脉冲宽度调整策 略 不 完 善造 成 ，低频 振 荡 频 率 主 要 由振 荡 强
度 及 四 象 限脉 冲 变 流 器保 护 策 略 决 定 。若 振
荡 时 间过 长 ，会 造 成 四象 限脉 冲变 流器 牵 引 封 锁 。接 触 网 电压 波 动 幅 度 超 过 ３ Ｖ 时 ， １ｋ
宽 度逐 个 可调 。在 大 型枢纽 ，当多 台机 车 整备 、启
（） １ 改变 四象限脉 冲变流器脉 冲宽度调整 策略 ， 引入 直流 中间 电压 前若 干 时刻 内的振 幅变化趋 势 或
动 运 行 时 ，牵 引 供 电系 统感 抗 厶 存 储 的 能量 相 对 于 单 台机 车运 行成 倍 放 大 （ ２ ，４台机 车放 大 ４ 图 ） 倍 ，如 图 ２所示 。
压峰 值将 超 过软保 护 电路 限度 值 ，之后 波动受 到 抑 制 ，但 随 后再 次 波 动 ，最 终 形成 连续 的低频 振 荡 ； 当机 车数 量超 过 临界 值较 多后 ，直 流 中间 电压峰 值
将超过脉冲封锁保护 电路限度值 ，之后波动停止 ， 但脉冲封锁保护会延时开启 ，最终形成断续的低频
客 运 站下 行 、客 运 站 整 备 所馈 线 峰值 电 流 分 别 在
３ ～ ０Ａ、 １ ０ １０Ａ、８ ～ ６ １０ ４ ０Ａ 之 Ｉ ０ ５ ２～ ６ ０ ３ ０Ａ、 ２ ～ ０ 、 司
Ｃ Ｈ Ｒ ５型及其 他 型号 动车 组在 整备 及 启动 运行 时反 映在 郑州 客运站 开 闭所处 的 电压 和 电流特性 ；二是 根 据 网 压振 荡 波 形 了解 交 直 交 电力 机 车 运 行 的车
２ 统 计 分 析
２１ 测 试数 据统计 ．
（ ）母 线 基 础 电压 在 ２ ～ ７５ｋ 之 问 变 化 ， １ ５ ２． ｖ 符合 牵 引负荷特 性 。 （） ２ ２月 ２ １日 ２ ：３ ，郑 州 客运 站 网 压波 动 ２ ７ 长达 ８ｍ ｎ ｉ。查 看 波形 记 录 ，网压 波 动 时 间 在 ２ ： ２
ｒ ｎ ｕ ｓ ｏ ｖ ￣ｃ ｓｉ ／ ／ ｌｃ ｒ ｏ ｏ ｔ ｅ ｏ ＭＵｓ ｔ ｅ ｃ ｒｅ ｐ ｎ ｉ ｇ ａ ｔ ｌｅ ｃ ｎ ｅ ｒ ｎ ＡＣ ＤＣ ＡＣ ｅｅ ｔｉ ｌｃ ｍｏ ｉ ｒＥ ｐ ｃ ｖ ， ｈ ｏｒ ｓ ｏ ｄｎ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ：ＡＣ Ｅ ｅ ｔ ｃ Ｌ ｃ ｍｏ ｉｅ Ｖｏｔ ｇ ｆＣ ｔｎ ｒ ； Ｖ ｌ ｇ ｌ ｃｕ ｔ ｎ； Ｃ ｕ ｅ Ａ ａｙ ｉ ；Ｃｏ ｎ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｙ ｒｓ ｌ ｃｒ ｏ ｏ ｔ ； ｉ ｖ ｌ ｅ ｏ ａ ｅ ａ ｙ ａ ｏｔ ｅＦｕ ｔａｉ ａ ｏ ａ ｓ ｎ ｓｓ ｌ ｕ ｔｒ ａｕ ｅ
会 引起过 压保 护动作 跳 闸。
３ 解 决对 策
３１ 近期措 施 ．
（ ）在郑 州 客运站 上行 、客运 站下行 、机 １
务段 、客 整 所 ，交 直 交 和谐 号 电力 机 车 和 动 车组 同时 整备 、启 动运 行 的数 量 不 超过 ４组 。
时间／ ｓ （ ２）
当发 生 网压 波 动 时 ，建 议 断开 几 台交 直 交 机
开 闭所 典 型 网压波 动波 形 图如 图 １ 。
（ ）１ ３ ＿４号 馈 线 电 流 最 大 值 分 别 为 ３ ３ Ａ、 ７
４ ３Ａ、５ ５Ａ和 ６８Ａ，符 合 牵 引 负 荷 特性 。但 ０ ７ ６
是 ，网压 波动 时的机 车 电流 明显 大于 机车 正常整 备 时 的 电流 ，并 且 电流 随 网压 波动 呈 现 大小 及 感 性 、
象限脉冲变流器脉冲宽度调整策略不完善 ，并对此提 出相应解决对策 。 关键词 ：交流电力机车 ；接触网电压 ；电压波动 ；成因分析 ；对策
中翘 分 类 号 ：Ｕ ２ ． ２ ３８ ２ 文 献 标 识 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１ ０ — １ ８（ ０ ２ ０ — ０ ４ ０ ０６ ９７ ２ １ ） ８０ ２ — ２
波 动 ，机 务段馈 线 电流波 动不 明显 ，波动频 率 范 围 为 ４３ ４ ｚ 据 了解 ，此 时 段 郑 州 客 运 站 有 －～ ． Ｈ 。 ４
型 、数量 、分 布 、运 行工 况等 机车运 用情 况 ，定性 分析 网压 波动 原 因 ，根据 波动 原 因 ，找 出对策 。 （ ） 试 手 段 ：使 用 Ｂ Ｃ ５型 牵 引 变 电 站 电 ３ 测 Ｄ 一
容性 来 回变换 ，谐波 电流 含量及 分布 无 明显异 常 。
２２ 原 因分 析 ．
（ ）测试 期 间 ，郑州 客 运 站 开 闭所 供 电可 靠 ， １ 基础 电压质量完全满足《 铁路技术管理规程》的要求 。
作者简介 ：张道俊 ，高级工程师
・
２ ・ ４
铁 道 技 术 监 督
参 考 文献
［］ １ 郑琼林． 交流传动 Ｈ Ｄ 电力机车谐振原 因分析与对策 ［ ］变 Ｘ １ Ｊ＿
频 器 世 界 ，２ ０ （ ） ０ ４－ ９ ０ ９ ５ ：４ — ４，９ ．
（ ）整备 、启 动 运行 的机车 越多 直 流 中间 电压 ３
波动越大 ，当机车数量超过临界值后 ，直流中间电
［］ ３ 叶强 ，吴广宁 ，胡灿 ，等． 交流传 动电动车组 网侧变 流器 交流 侧 电感 设 计 ［ Ｊ 电 力 系统 及 其 自动化 学 报 ，２ １ ，２ （ ） Ｊ． ００ ２ ５ ：
１ ９ ５ ０ －１ ． ｌ
『 ］时速 ２ ０公 里铁路动车组技术说 明书 ［ ． ４ ０ ｚ］
， 客 整 所 ，， 下行 东 半 场 ，厶 上 行 西 半 场 ）等 主 ２ 一 ３ 一 一 要 电气 参数 。 （ ）牵引供 电系统 运行 方式 ：郑 州 客运 站开 闭 ４ 所 由郑 北变 电所 １＃主供 电源供 电 ，郑 北变 电所 主 ０
收 稿 日期 ：２ １ － ４ １ ０２０—０
等效牵引供 电系统阻抗等参数 ，稳定 直流中间电压 。 （ ）改变 同型 交直交 电力机 车 四象 限脉 冲变 流 ２ 器 脉 冲宽度 调整等 参数 ，引 入随机 变量 ，实 现模糊
控制。
４ 结 论
根据 测量捕 捉 到 的一 次 网压振荡 波形 ，并 结合
大秦 线 山西大 同湖东 机务段 网压 振荡 案例 进行定 性
动达 十几 次 ，严 重影 响运输 安全 。为查 明原 因 ，于 ２１ ０ １年 ２月 对 郑 州 客运 站 网压 波 动情 况 进 行 了测 试 、分析 。根据 测试 数据及 分析 结果 ，初 步认 为造 成接 触 网电压波 动 的原 因是交 直交 电力机 车 四象 限 脉 冲变流 器脉 冲宽 度调整 策 略不完善 。
毫 ４ ０ｔ
， ．
８期
、 ８
质 量 管 理
、ｌ 、 Ｍ 、 、（ １， ｌ１ ｌ、 １ 、｛ ２
）
交直交 电力机车谐振原 因分析与对 策
张道俊
（ 州铁 路 局 郑 州供 电段 ，河 南 郑 州 ４ ０ ０ 郑 ５ ０ ５）
摘
要 ：针对客运站接触网电压波动现象 ，通过现场测试分析 ，认为其主要原因是交直交机车或动车四
ｇｒ ｔ ｉ ，ｔｅａｔｏ ｕｇｓ ａ ｌ ｄ ｅｔ ｔｅｉｐ ｒ ｃ ｐ ｔ ｉ ｈａｊｓ ｅｔ ｔ ｔ ｙｏ ｅｆ ｒ ｕ ｄ ｅ ａｏ ｓ ｔ ｎ ｈ ｕｈｒｓｇｅｔ ｉｉ ｍ ｉ ｙ ｕ ｅ ｅｔ ｕｓ ｗｄ ｄ ｔ ｎ ｓ ａ ｇ ｆｈ ｕ ａ— ｓ ｔｓ ｎ ｏｈ ｍ ｆ ｅ ｔ ｕ ｍ ｒｅ ｔ ｏ ｑ
能质 量监 测系 统 ，采 用 录波方 式测 试郑 州客运 站 开 闭所 母 线 电压 （ ）和 ４路 馈 线 电流 （１机 务 段 ， ｖ１ Ｉ －
Ｄ１７ ３９ ２４和 Ｄ１１ ４列 动 车组 ，Ｄ ８ ３ 、Ｄ １ 、Ｄ ８ ３共 ２４
车无 法启 动 运行 。２月 ２ １日 ２ ：２ ，郑 州 客 运 站 ２ ６
自从 Ｃ Ｈ 型动 车 组 及 Ｈ Ｒ ＸＤ交 直 交 电力 机 车
的逐 步 上线运 行 以来 ，郑 州 客运站 接触 网 电压 多次
变 压 器 变 比为 １ ８ ５ｋ ／７５ ｋ １ ． Ｖ ２ ． Ｖ，郑 州 客 运 站 开 ２
闭所所 在母线 电容 补偿装 置撤 出运行 。
出现波 动现象 ，特 别是 每年 春运期 问 ，每月 网压波
波 动加 大 ，最终 造成 网压 低频 振荡 。
（ ）电压 波 动 与 牵 引 供 电 系统 参 数 不 直 接 相 ２ 关 ，通 过增 加牵 引变 电所 主变容 量 、减 小牵 引 网阻 抗 、投 撤 电容补偿 装置 等手 段改 变系统 参数 ，对 改 善 电压 波动 问题收 效甚 微 。
分析 ，得 出如下 结论 。
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（ ）电压 波 动 由多 台交直 交 电力机 车整 备 、启 １
图 ２ ４台 交 直 交机 车整 备 时等 效 电 路
动运行 引起 ，网压低 频振荡 主要 由脉 冲宽度 调整 策 略不完 善造 成 。
由于 四象 限脉 冲变 流器 脉 冲宽 度 调整策 略未 充 分 考虑 系 统阻抗 的影 响 ，引起 变 流器 直流 中 问电压