路亞賓 韓金雷

摘要：隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，鐵路運輸出行成為重要的交通工具。而電氣化鐵路對電網(wǎng)諧波影響危及電力用戶的用電安全。在生產生活中，必須對電網(wǎng)進行諧波治理，消除或者減小諧波對電網(wǎng)的影響，保障電力設備的可靠運行。如今隨著電力機車的廣泛應用，電力機車產生的諧波分量已經(jīng)對電網(wǎng)造成很大的影響。本文從電氣化鐵路的特點出發(fā)，對電力諧波的產生原因和抑制措施進行了分析。

關鍵詞：電氣化鐵路；電網(wǎng)諧波；影響及措施

引言

作為一種非線性負荷的電氣化鐵路牽引機車，會將大量的諧波電流注入到牽引供電系統(tǒng)和電網(wǎng)中，嚴重地影響了電網(wǎng)的電能質量，降低了電網(wǎng)供電的可靠性，從而造成巨大的經(jīng)濟損失并帶來一定的安全問題。針對電氣化鐵路給電網(wǎng)帶來的諧波污染問題，利用電力電氣軟件分析系統(tǒng)ETAP建立了區(qū)域電網(wǎng)仿真模型，對此進行諧波仿真潮流計算，根據(jù)仿真得到的數(shù)據(jù)，分析了電氣化鐵路對電網(wǎng)產生諧波的影響因素以及加裝濾波裝置后對諧波產生的抑制效果。

一、電氣化鐵路對電網(wǎng)諧波影響概述

電氣化鐵路牽引負荷是移動、幅值變化大而又頻繁的特殊負荷，它是一個典型的日波動負荷，具有短時沖擊負荷、不平衡負荷特性，同時含有豐富的諧波，是一個諧波電流源。電氣化鐵路對電網(wǎng)的影響主要是負序和諧波電流兩項影響的綜合。對發(fā)電機的影響對鄰近牽引變電所而遠離（指電氣距離）電源的異步電動機，其定子繞組為敏感部位。同時還將在電動機中產生一反向旋轉磁場，此反向磁場對電動機轉子起制動作用，影響其出力。在諧波和負序電流的共同影響下，國內曾發(fā)生多起定子繞組過熱燒毀事故。對輸電線路的影響諧波使網(wǎng)損增大，在發(fā)生系統(tǒng)諧振或諧波放大的情況下，諧波網(wǎng)損可達到相當大的程度。負序電流流過電網(wǎng)時，它并不作功，只是降低了電力線路的輸送能力。對繼電保護和自動裝置的影響電力機車的開停次數(shù)多。而且行進中每當通過無電區(qū)要先跳閘再合閘。從而頻繁引起變壓器涌流，產生較大的暫態(tài)諧波與負序，這是引起電網(wǎng)繼電保護和自動裝置負序啟動元件誤啟動的主要原因。諧波致使誤動的情況的多是裝于饋供諧波嚴重超規(guī)定的若干電氣化鐵道負荷的110kV供電系統(tǒng)中，尤其以下述3類情況誤動最頻繁，有的最大達每日百次以上。①饋供電氣化鐵路的110kV線路距離保護的相電流突變量或負序啟動元件頻繁啟動。在保護阻抗元件不動作條件下，可把距離保護閉鎖住。在保護閉鎖期間，若保護區(qū)域發(fā)生故障，則該保護裝置就會拒動，從而引起越級跳閘而擴大事故。②線路距離保護的負序啟動振蕩閉鎖裝置頻繁開啟，會導致在系統(tǒng)振蕩或其他偶然因素的配合下（如TV失壓）構成跳閘條件，引起整套保護誤動，主變或線路跳閘。至于線路、變壓器、母差保護與自動裝置在諧波影響下動作或拒動，則屬于不正確動作。對電能計量的影響對電氣化鐵路而言，基波功率為其有效功率，諧波功率為其向電網(wǎng)注入的有害功率——諧波網(wǎng)損。目前常用的電能計量表計為：感應式電能表、電子式電能表。感應式電能表的頻率范圍狹窄，所計量的電能值是基波電能與各次諧波電能的“部分”矢量之和。電子式電能表在1kHz以內頻響特性較好，所計量的電能值是基波電能與各次諧波（1kHz以內）電能的矢量之和。電網(wǎng)中常用的計量方式為：電能表準確反映實際電能，即基波與諧波的綜合電能。

二、諧波的產生原因

（一）電子開關型

主要是各種可控硅整流設備和晶閘管雙向可控開關裝置。這種類型的設備廣泛存在于在電氣化鐵路、冶金企業(yè)和很多家用電器中。

（二）磁場飽和型

是各種線圈設備，如電力變壓器、電磁鐵、變壓器和電抗器等。在電力電子設備推廣之前，發(fā)電機和變壓器是電力系統(tǒng)中最主要的諧波發(fā)生源。

（三）電弧爐

在中頻爐和低頻爐煉鋼的電爐熔煉初期和交流電焊機的焊接過程中，電弧的劇烈變動產生了大量非線性分量，并且由于電弧的不穩(wěn)定性和波動性，造成電網(wǎng)諧波的構成非常復雜，并且隨負載大小和時間的變化而變化。

三、電氣化鐵路的諧波抑制措施

（一）主動抑制

從諧波發(fā)生設備本身入手，避免或者降低設備諧波分量的產生。具體措施有：研發(fā)新型整流設備，保證其諧波分量為零且運行功率因數(shù)為1。這種整流設備被稱為單位功率因數(shù)整流器。即通過調整脈寬校正功率因數(shù)的整流電路，在開關電源等中小功率整流設備中已經(jīng)得到推廣；另外，多脈沖整流電路在電解電源等大功率整流設備中已經(jīng)得到廣泛使用。

（二）被動抑制

在電力系統(tǒng)中加裝濾波設備，防止諧波分量進入電網(wǎng)，或者阻止諧波分量進入用電設備。即通過加裝無源電力濾波設備、有源電力濾波設備或者混合型電力濾波設備進行諧波治理。依靠濾波設備對諧波分量進行抑制吸收，降低或者消除諧波污染。

（三）混合型電力濾波設備

混合型電力濾波設備結合了靜態(tài)無源濾波設備和有源濾波設備的優(yōu)點，根據(jù)系統(tǒng)實際運行情況，對兩種設備進行了合理的整合使用。即部分容量采用無源濾波補償?shù)姆绞剑硗庖揽坑性礊V波設備對欠補償容量進行補充。一方面，部分容量采用靜態(tài)濾波無功補償，使設備整體投資對比有源濾波大大降低，同時剩余容量采用動態(tài)濾波，使補償設備應變能力相對靜態(tài)濾波補償設備大大增加。

（四）有源電力濾波設備

有源電力濾波設備是通過處理器控制，對系統(tǒng)諧波和無功進行實時適量補償?shù)男滦蜑V波補償設備，這種設備可以通過傳感器對實時檢測系統(tǒng)的諧波分量和功率因數(shù)，通過高速處理器對信息進行快速分析處理，控制設備的導通角度，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)進行實時、精確濾波補償。

結語

由于電網(wǎng)諧波危害的嚴重性，諧波已經(jīng)成為人們關注的焦點性問題。隨著電氣化鐵路的大力推廣，電氣化鐵路經(jīng)成為諧波的重要發(fā)生源之一，而且有著與電網(wǎng)常規(guī)諧波分量不一樣的特性。要準確了解電氣化鐵路諧波對電網(wǎng)的影響必須對電氣化鐵路諧波進行深入的分析和研究。針對系統(tǒng)各部分諧波的特點，科學選擇諧波治理措施，消除諧波，降低諧波對系統(tǒng)的影響，避免諧波造成的事故的發(fā)生，保障鐵路系統(tǒng)的可靠運行。

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