邵激楊

摘 要：通過(guò)對(duì)王崗牽引變電所因諧波引起故障情況的分析，集中力量開展基礎(chǔ)研究、測(cè)試、分析，進(jìn)行了模擬試驗(yàn)和整治攻關(guān)活動(dòng)，依托現(xiàn)場(chǎng)情況和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程的要求，從技術(shù)和管理兩方面對(duì)王崗牽引變電所諧波進(jìn)行整治。

關(guān)鍵詞：高次諧波 在線監(jiān)測(cè) 低頻諧振電壓

中圖分類號(hào)：TM922.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）09（b）-0061-01

隨著牽引供電系統(tǒng)內(nèi)交流電力機(jī)車的廣泛應(yīng)用，非線性負(fù)荷不斷增加，牽引供電系統(tǒng)中的諧波含量不斷上升，諧波污染對(duì)供電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行構(gòu)成潛在威脅，給電氣環(huán)境造成較大影響，因此，在保證牽引供電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的前提下，優(yōu)化機(jī)車運(yùn)行數(shù)量、配置有效的技術(shù)手段及防范措施，以改善牽引供電系統(tǒng)供電質(zhì)量。

1 故障概況

2011年10月22日16：20哈爾濱南站至五家站間接觸網(wǎng)臨時(shí)停電。原因?yàn)橥鯈彔恳冸娝娙?補(bǔ)償報(bào)警，王崗牽引變電所221、212、215、101、201、211、214、222斷路器相繼跳閘。根據(jù)變電所保護(hù)動(dòng)作情況及電容器出現(xiàn)的鼓包現(xiàn)象初步分析，引起變電所總保護(hù)動(dòng)作致使全所跳閘的原因可能是牽引負(fù)荷產(chǎn)生的高次諧波影響造成。

2011年11月30日19：40至20：15分，王崗變電所牽引供電范圍內(nèi)運(yùn)用的8臺(tái)SS9型電力機(jī)車RC支路共計(jì)18個(gè)電阻燒損，導(dǎo)致多次旅客列車晚點(diǎn)。

2 并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置故障情況檢查

牽引變電所內(nèi)采用并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，采用并聯(lián)電容無(wú)功補(bǔ)償裝置是對(duì)變電所技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性能起到一個(gè)綜合的作用，補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，構(gòu)成有效的濾波通路，同時(shí)有效的降低牽引變壓器功率損失和網(wǎng)損，提高牽引變壓器的容量利用率。組合后額定總電容量：8.89 uF，單只電容額定總電容量：17.78 uF、額定電壓：27.5 kV、額定電流：87.3 A。

故障電容器測(cè)試電容量為0.0015 uF，通過(guò)對(duì)故障電容器進(jìn)行拆解，采集介質(zhì)絕緣油樣，顏色呈黑灰色，含有雜質(zhì)，絕緣油放出過(guò)程中間位置采取樣品進(jìn)行電氣試驗(yàn)，耐壓試驗(yàn)電壓升10～12 kV電壓等級(jí)絕緣介質(zhì)擊穿，電氣指標(biāo)不合格，僅能滿足額定電壓耐壓（9928 V）水平。

將電容器解體，檢查整組電容器外觀，電容板由上至下第42～44塊單獨(dú)的電容板兩側(cè)出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，主要擊穿電容板為第43塊，擊穿造成極板兩側(cè)絕緣介質(zhì)破裂，兩側(cè)破裂寬度分別為15 cm和10 cm，外殼內(nèi)部相對(duì)應(yīng)位置金屬外殼有3點(diǎn)電弧灼燒痕跡。

3 引發(fā)故障原因分析

3.1 運(yùn)行電壓原因

正常運(yùn)行情況下，此種電容器在所有氣候條件下都使用，電容器的外殼溫度不得超過(guò)60 ℃，運(yùn)行電壓不應(yīng)該高出額定電壓的10%，運(yùn)行電壓過(guò)高，將減少電容器的使用壽命，電容器內(nèi)介質(zhì)的損耗與電壓的平方成正比，運(yùn)行電壓升高，電容器的介質(zhì)損耗將增大，電容器溫度上升，造成絕緣下降，導(dǎo)致?lián)舸p壞。

3.2 高次諧波及過(guò)流原因

牽引網(wǎng)中的HXD3B、HXD3C型號(hào)交流傳動(dòng)電力機(jī)車（包括CRH5型動(dòng)組車）在運(yùn)用給流運(yùn)行中均會(huì)產(chǎn)生高次諧波，同一時(shí)段內(nèi)在線交流傳動(dòng)電力機(jī)車運(yùn)用數(shù)量較多，而直流電力機(jī)車運(yùn)用臺(tái)數(shù)較少，導(dǎo)致高次諧波電流逐漸上升，諧波次數(shù)能夠達(dá)到基波頻率的100倍，并且在500 Hz至數(shù)KHz有多個(gè)波段諧波存在。

牽引網(wǎng)中的諧波源（機(jī)車），如果投入并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，會(huì)造成系統(tǒng)中的諧波更大，產(chǎn)生涌流現(xiàn)象，如果條件具備可以對(duì)電容器網(wǎng)電處的諧波分量進(jìn)行測(cè)試，確定安裝的串聯(lián)電抗器的容量。王崗所的并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置采用的串接電抗器，以此抑制高次諧波，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮到抑制三次諧波電抗器的容量與電容器組的容量應(yīng)滿足下列關(guān)系，QDK≥QDR /n2 ×100%，哈大既有線牽引變電設(shè)備不具備諧波在線監(jiān)測(cè)功能。

3.3 諧波共振

由接觸網(wǎng)、系統(tǒng)電源、牽引變壓器、電容補(bǔ)償器組成的牽引供電網(wǎng)絡(luò)具有一定的諧振頻率，當(dāng)外部電流頻率與諧振頻率一致時(shí)，可引發(fā)諧波共振，交直交車的諧波電流頻譜分布廣泛，易激發(fā)牽引網(wǎng)，形成諧波電流放大或電壓畸變、電壓升高。

4 諧波產(chǎn)生的原因及危害

（1）諧波的產(chǎn)生影響電子設(shè)備的工作精度，將使得繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)作，并使儀表和電能計(jì)量出現(xiàn)較大誤差。

（2）諧波產(chǎn)生的諧波共振引起諧波電流放大，流經(jīng)補(bǔ)償電容器組，引起電容器組熔絲熔斷及電容器過(guò)流損壞。

（3）諧波諧振會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，施加在回路中的電容器、互感器以及斷路器等設(shè)備上，引起高壓電氣設(shè)備絕緣損壞。

（4）諧振引起的過(guò)電壓，導(dǎo)致避雷器在過(guò)電壓的作用下連續(xù)動(dòng)作，最終會(huì)發(fā)生熱崩潰而損壞。

（5）諧波污染電能質(zhì)量引起直流機(jī)車元件損壞，如DC600V列供電源中RC支路電阻燒損。

5 諧波源測(cè)試

（1）裝設(shè)電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置對(duì)王崗牽引變電所饋線電壓、電流指標(biāo)情況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，結(jié)合電力機(jī)車運(yùn)行圖找出相關(guān)機(jī)車的諧波特性。

通過(guò)實(shí)際測(cè)量HXD3B、HXD3C和CRH5諧波主要包含23、25、27和29諧波，不含偶次諧波，單機(jī)在空載和負(fù)載運(yùn)行時(shí)諧波量變化不大，但是諧波含有率差別很大；SS9型電力機(jī)車諧波以3、5、7、11和13等低次諧波為主；HXD3B型電力機(jī)車單機(jī)諧波含有量小于20 A，哈南上行區(qū)段內(nèi)輸出高次諧波最大30 A以內(nèi)，出口為哈站方向運(yùn)行機(jī)車和牽引變壓器高壓側(cè)，哈南下行諧波更小些，持續(xù)時(shí)間更短。

（2）通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)試王崗牽引變電所饋線電壓波形畸變和電流高次諧波含量，找出低頻諧振頻率和諧波含量變化規(guī)律；諧波含有量高的時(shí)段發(fā)生在早晨客運(yùn)列車集中到達(dá)時(shí)段，27次附近諧波最大可達(dá)到80 A以上，諧波含有率高達(dá)400%以上，原因是HXD3B、HXD3C和CRH5型車再生制動(dòng)諧波疊加造成的，諧波出口為相鄰饋線上的運(yùn)行電力機(jī)車和變電所的牽引變壓器高壓側(cè)。

6 采取技術(shù)措施

在王崗牽引變電所電流高次諧波在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)27.5 kV側(cè)饋線電流高次諧波實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，通過(guò)設(shè)置與供電調(diào)度的在線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)內(nèi)諧波含量和頻譜進(jìn)行分析，通過(guò)設(shè)置的報(bào)警整定值實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)告警。

監(jiān)測(cè)王崗所27.5 kV側(cè)母線低頻諧振電壓是否存在越線，整定值設(shè)定為28750 V， 214供電臂25次諧波含量越限告警設(shè)置為30、214供電臂27次諧波含量越限告警設(shè)置為35、212供電臂25次諧波含量越限告警設(shè)置為40、212供電臂27次諧波含量越限告警設(shè)置為45。

7 結(jié)語(yǔ)

在今后的工作中我們應(yīng)該在深入調(diào)研、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用新的技術(shù)手段及防控措施對(duì)牽引供電系統(tǒng)中存在的諧波污染進(jìn)行綜合整治。

參考文獻(xiàn)

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