陳湘令

（湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412001）

機(jī)車(chē)牽引變壓器是電力機(jī)車(chē)電源部分的一個(gè)重要部件，用來(lái)把接觸網(wǎng)上取得的25KV 高電壓變換為供給牽引電機(jī)及其他輔助電機(jī)、機(jī)車(chē)電器工作所適合的電壓。牽引主變壓器安裝在交流饋電的電力機(jī)車(chē)上，把饋電電源變換為適當(dāng)?shù)闹麟娐冯娫春洼o助電路電源。交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)，如CRH 系列動(dòng)車(chē)組和HXD 系列重載貨運(yùn)電力機(jī)車(chē)，由于采用了交流變頻電源，致使?fàn)恳娋W(wǎng)的網(wǎng)側(cè)電流諧波頻譜變寬，在1kHz-10kHz 范圍內(nèi)都存在可測(cè)量的諧波成分。諧波如果過(guò)大，可能引起諧振現(xiàn)象發(fā)生，造成諧振過(guò)電壓和過(guò)電流，導(dǎo)致?tīng)恳娋W(wǎng)上的其他負(fù)荷無(wú)法正常工作。因此，對(duì)機(jī)車(chē)牽引電源系統(tǒng)，尤其是機(jī)車(chē)牽引變壓器進(jìn)行諧波測(cè)試，尤顯重要。

1 機(jī)車(chē)牽引變壓器諧波測(cè)試要求

某電力機(jī)車(chē)（和諧HXD1）網(wǎng)側(cè)主變壓器接線(xiàn)示意圖如圖1所示，25kV 高壓電通過(guò)高壓開(kāi)關(guān)（斷路器）等送到機(jī)車(chē)的主變壓器室。

某電力機(jī)車(chē)（和諧HXD1）主變壓器各繞組接線(xiàn)示意圖如圖2所示，輸入繞組接網(wǎng)側(cè)高壓25kV，4 個(gè)輸出繞組（a1×1 至a4×4）分別接整流、逆變裝置。整流裝置把單相交流電源變成直流電源，再通過(guò)逆變裝置把直流電源逆變?yōu)榭烧{(diào)頻率的三相交流電源，供電給4 臺(tái)交流牽引異步電動(dòng)機(jī)。

圖1 HXD1 電力機(jī)車(chē)主變壓器接線(xiàn)示意圖

圖2 HXD1 牽引主變壓器各繞組接線(xiàn)示意圖

從圖1可知，該牽引主變壓器的一次繞組直接與牽引電網(wǎng)聯(lián)接；從圖2可知，該牽引主變壓器的輸出繞組聯(lián)接交流變頻電源裝置，負(fù)載為三相交流異步牽引電動(dòng)機(jī)。負(fù)載的不穩(wěn)定運(yùn)行、變流裝置的諧波干擾等都會(huì)通過(guò)主變壓器直接反映到牽引電網(wǎng)上。因此，對(duì)該變壓器各繞組進(jìn)行負(fù)載電流項(xiàng)目測(cè)試時(shí)，除了測(cè)量精度達(dá)到0.5 級(jí)以下外，還要求電流測(cè)量?jī)x器應(yīng)具有諧波分析功能，能得出19 次以下諧波電流數(shù)據(jù)，能測(cè)量電流的總有效值和基波值，并能顯示各次諧波分量的百分?jǐn)?shù)和總電流波形。

2 測(cè)試過(guò)程

1）負(fù)載電流信號(hào)的采樣

在主變壓器原邊接地端接一個(gè)電流互感器LH，該電流互感器感應(yīng)出負(fù)載電流信號(hào)作測(cè)試專(zhuān)用?；ジ衅鞔芜呍俳右粋€(gè)電流適配器LSP，從適配器上取得與機(jī)車(chē)負(fù)載電流信號(hào)成比例縮小的小電流負(fù)載信號(hào)。電流信號(hào)的采樣接線(xiàn)圖如圖3所示。也可以在主變壓器接地端直接接一個(gè)分流器，從分流器上采取小電流信號(hào)作為測(cè)試專(zhuān)用。

2）對(duì)被測(cè)信號(hào)的處理

將采樣取得的小負(fù)載電流信號(hào)送入到帶傅里葉變換（FFT）的波形分析儀和微機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析處理。每個(gè)信號(hào)諧波分析時(shí)的最高諧波次數(shù)可達(dá)31 次，廠家要求至少可測(cè)試19 次以下諧波。

3）對(duì)被測(cè)信號(hào)的頻域分析及相關(guān)計(jì)算

將被測(cè)信號(hào)進(jìn)行頻域分析，得到各次諧波有效值及其相位，其數(shù)據(jù)可用于諧波分析與功率計(jì)算。

圖3 用電流互感器采取電流信號(hào)的接線(xiàn)圖

3 測(cè)試結(jié)果

實(shí)測(cè)某主變壓器（HXD1)牽引繞組電流波形及各次諧波含量。圖4為高壓繞組總電流波形，圖5為各次諧波占總電流的百分?jǐn)?shù)。

圖4 某主變壓器（HXD1)牽引繞組AX 總電流波形

圖5 某主變壓器（HXD1)牽引繞組AX 電流各次諧波含量

由測(cè)量結(jié)果可知，諧波分量主要集中在3、5、7、9、11、13、15 等奇次諧波上，3、7 次諧波含量最高，偶次諧波2、4、6、8 等的分量較少。

根據(jù)測(cè)量結(jié)果，采用基波及諧波的有效值計(jì)算公式，可以計(jì)算出總電流的有效值大小和基波的大小，進(jìn)一步進(jìn)行功率計(jì)算。

4 結(jié)論

目前，隨著交流電傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)在高鐵和動(dòng)車(chē)組上的廣泛應(yīng)用，諧波對(duì)牽引電網(wǎng)的影響越來(lái)越大，造成牽引電網(wǎng)上的很多負(fù)載發(fā)熱嚴(yán)重，甚至影響到直流電力機(jī)車(chē)的正常使用，如直流機(jī)車(chē)上的一些電阻由于諧波造成的熱效應(yīng)而燒毀。所以，采用先進(jìn)的諧波測(cè)試設(shè)備及分析系統(tǒng)，對(duì)機(jī)車(chē)主變壓器進(jìn)行諧波測(cè)試分析，在變壓器制造和機(jī)車(chē)電源變流系統(tǒng)方面，盡量減少各奇次諧波，具有重大指導(dǎo)意義。

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