摘要：機車牽引供電系統(tǒng)是機車電力系統(tǒng)當中重要諧波來源，會嚴重影響機車的性能。在經(jīng)過不斷改進下，雖然在控制低次諧波上有所成效，但是在高次諧波的控制上收效甚微。本文就以電力機車為例，對再生制動工況中的機車牽引供電系統(tǒng)狀態(tài)進行分析。

關鍵詞：再生制動； 電力機車； 牽引供電系統(tǒng)

再生制動從本質上說，就是一種將能量進行轉化使用，以達到節(jié)約能源目的的技術?，F(xiàn)在很多專家和學者致力于再生制動系統(tǒng)的再升級，盡可能降低列車對電力系統(tǒng)的能量索取，從而降低牽引變壓器容量，減少接觸網(wǎng)運行負荷，最終大大降低對機車運行過程中牽引供電系統(tǒng)的資金和能源投入。電氣化鐵道在從電網(wǎng)中尋求工頻能量時，會同時向電網(wǎng)中注入大量的高次諧波電流。這些電流在不僅對牽引供電系統(tǒng)造成直接的威脅，還會大大降低供電的質量，影響其他工作的精準度。要想從根本上減弱諧波對機車牽引供電系統(tǒng)的損害，首先就要認真分析牽引供電系統(tǒng)中電流諧波產(chǎn)生的原因以及分布狀況。

一、牽引負荷的諧波問題

諧波的產(chǎn)生是一些非線性設備在運行的產(chǎn)物，在電力機車設備當中，整流器是其中十分重要的非線性裝置，是機車當中最突出的諧波電流源。諧波電壓是諧波電流在通過饋線一變電所系統(tǒng)產(chǎn)生的。牽引供電子系統(tǒng)當中的基波電流和諧波電流與其余電力系統(tǒng)當中的不同，它們有明確的流動方向。電力機車從饋線中取得大量的基波能量，對其中的能量進行處理，大部分被轉化為機械能，小部分被轉化為諧波能量。

牽引供電系統(tǒng)中的諧波對機車影響較大，主要體現(xiàn)在對系統(tǒng)元件的影響上，以及測控裝置或其他用戶。除此之外，它還對一些通信設備也造成一定程度的影響。主要可以幾個方面談談諧波的影響：首先，諧波會導致變壓器等設備附加發(fā)熱。變壓器等設備出現(xiàn)附加發(fā)熱，就會加重設備的能量損耗。而且，諧波會產(chǎn)生高頻電場。繼而使得強電設備絕緣出現(xiàn)失效情況，這將大大縮短機車設備的使用壽命。交—直—交型電力機車在運行過程中的諧波頻率的分布情況十分復雜，而且，在頻率無規(guī)則增加的情況下，往往會使得牽引供電系統(tǒng)出現(xiàn)諧振，從而造成機車設備承擔過重的電流和電壓，這將大大威脅牽引供電的運行安全。其次，在牽引供電系統(tǒng)當中，有很大數(shù)目的繼電器和儀表，這些設備與感應電機的工作原理十分類似。在基波和諧波的共同作用下。如果沒有采取合理有效的拯救措施，會直接導致測控設備的失控，此時如果正處于高頻諧振的狀況，后果更是不敢設想。最后，交—直—交型電力機車在運行的過程中，饋線電流高頻諧波含量較大，對通信線路產(chǎn)生的干擾也會更加明顯。

二、交—直—交型電力機車牽引供電系統(tǒng)狀態(tài)分析

交—直—交型電力機車在進行牽引運作時，從饋線取流近似正弦波。低次諧波電流不受饋線電流的影響。低次諧波電流含量的總體水平大致相當于交—直型機車的20%～30%左右。交—直—交型機車在再生制動時，由于饋線電流較小，從而導致低次諧波電流含有率占用較高，而且次諧波以及高次諧波大量涌現(xiàn)。通過對實際運行的數(shù)據(jù)進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，再生制動工況下，饋線電流的總畸變數(shù)量較大，連帶著功率也比較低。交—直—交型電力機車在初期的起動中，逆變器輸出的交流頻率一直處于較低狀態(tài)。而且在起動中，機車整流器從電網(wǎng)中的取流較小，饋線電流總諧波的畸變現(xiàn)象明顯，功率相比較正常運行時較低。反之，當饋線電流較大速度時，諧波畸變就會較弱，功率因數(shù)也較低。這也就說明了在負荷功率較大下的情況，負荷功率大導致饋線電流正弦性較好，產(chǎn)生的諧波較少，電流的THD值就較小。

在電力電子技術快速發(fā)展的今天，在提升電力機車運行速度和穩(wěn)定性的目的驅使下，它實現(xiàn)了從直流傳動向著交流傳動的方向轉變。交流傳動技術在電力機車的運用，能夠大大減輕機車運行時對電網(wǎng)產(chǎn)生的污染，以及對信號和通信設備的破壞。但是，交流傳動技術與直流傳動相比，必然也存在一定的劣勢，例如交流傳動技術在運作過程中會產(chǎn)生大量的諧波，這些諧波充斥在電網(wǎng)和通信線路當中，也會在一定程度上造成破壞性影響。因此，對于機車工作者或研究者來說，對交—直—交型電力機車的網(wǎng)測諧波進行分析是很有必要的。交—直—交型電力機車與交—直型機車相比，采用的脈沖整流方式是具有一定特殊性的。尤其在牽引工況當中，其特殊性體現(xiàn)的更為明顯。脈沖整流器在經(jīng)過調(diào)制之后，能夠通過從饋線獲取與網(wǎng)壓同相位的于正弦波電流的方式，大大減少饋線電流的畸變程度，從而提高電所功率因數(shù)，提升變電所容量的運用。

三、結語

對機車在再生制動工況下，牽引供電系統(tǒng)的諧波的產(chǎn)生原因及條件的分析，對于提高我國機車運行速度、穩(wěn)定性，降低能源的消耗有重大指導意義。對于電氣化鐵道而言，要想最大程度的降低諧波對牽引供電系統(tǒng)，以及電子設備的負影響。必須要明確饋線電流諧波的含量及其分布情況。然后再根據(jù)在實際狀況中的數(shù)據(jù)收集，分析如何降低諧波對機車運行，以及通信系統(tǒng)的干擾。

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作者簡介：徐昊年（1987），男，畢業(yè)于大連交通大學，助理工程師，研究方向：機械制造及自動化。