電氣化鐵路車網(wǎng)耦合系統(tǒng)異常電氣過程與治理方案研究.pdf

1、牽引供電系統(tǒng)與電力列車之間構(gòu)成車網(wǎng)耦合系統(tǒng)，車網(wǎng)耦合系統(tǒng)良好的電氣匹配關(guān)系是確保牽引供電系統(tǒng)供電質(zhì)量以及電力列車安全、穩(wěn)定、持續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵。在電力列車運(yùn)行中，車網(wǎng)耦合系統(tǒng)因電氣不匹配出現(xiàn)了多種復(fù)雜異常電氣過程，嚴(yán)重影響了牽引供電系統(tǒng)和列車運(yùn)行的可靠性和安全性。本文針對(duì)車網(wǎng)耦合系統(tǒng)中出現(xiàn)的高次諧波諧振現(xiàn)象、列車過分相過電壓現(xiàn)象以及列車勵(lì)磁涌流與和應(yīng)涌流現(xiàn)象三個(gè)方面進(jìn)行了研究，并提出了相應(yīng)的改善方案。論文的主要研究內(nèi)容和成果如下:
　

2、　(1)分析了牽引供電系統(tǒng)諧波諧振發(fā)生機(jī)理，通過構(gòu)建車網(wǎng)耦合系統(tǒng)仿真模型，研究了牽引供電系統(tǒng)阻抗頻率特性、高次諧波電流在牽引供電系統(tǒng)中的傳輸特性;利用實(shí)數(shù)型模態(tài)分析法對(duì)牽引供電系統(tǒng)簡化模型的諧振特性進(jìn)行研究，將系統(tǒng)復(fù)數(shù)導(dǎo)納矩陣化簡為實(shí)數(shù)型導(dǎo)納矩陣，得到系統(tǒng)的關(guān)鍵特征值、特征向量和諧振頻率，通過關(guān)鍵特征向量推導(dǎo)出各母線節(jié)點(diǎn)的參數(shù)因子，與既有模態(tài)分析進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了該方法的正確性。通過建立單相變壓器和阻抗匹配平衡變壓器的諧波模型、逆Sco

3、tt變壓器諧波模型，分別分析了牽引網(wǎng)高次諧波對(duì)公共電網(wǎng)高壓三相系統(tǒng)、所內(nèi)低壓三相系統(tǒng)的滲透特性。針對(duì)諧波含量較高的牽引變電所進(jìn)行測試與分析，結(jié)果表明高次諧波電流、電壓是造成牽引側(cè)諧波含量較高的主要原因，電力系統(tǒng)短路容量越高，高次諧波電壓對(duì)公共電壓的滲透影響越小，高次諧波電壓將通過所內(nèi)逆Scott變壓器大量滲透到低壓三相系統(tǒng)中，造成用電設(shè)備燒損。
　　(2)通過構(gòu)建新型雙邊供電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和仿真模型，研究了新型雙邊供電系統(tǒng)諧振發(fā)生

4、機(jī)理、阻抗頻率特性、諧波電流傳輸特性;通過構(gòu)建長距離無分相的新型電纜供電系統(tǒng)的仿真模型，分析了在其牽引網(wǎng)不同位置處的阻抗頻率特性，通過數(shù)學(xué)分析和仿真建模評(píng)估了兩種新型牽引供電方式諧波諧振特性。
　　(3)分別建立了在車載自動(dòng)過分相和地面自動(dòng)過分相中出現(xiàn)的暫態(tài)過程的等效模型和仿真模型，對(duì)比分析了兩種自動(dòng)過分相方式下暫態(tài)過電壓出現(xiàn)的機(jī)理、特點(diǎn)，針對(duì)中性段與接觸網(wǎng)連通時(shí)電壓相位、中性段兩端接觸網(wǎng)電壓相位差對(duì)過電壓的影響以及列車分別在牽引

5、變電所處、分區(qū)所處過分相時(shí)最大過電壓的特點(diǎn)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明中性段與接觸網(wǎng)在電壓峰值時(shí)連通過電壓最大，接觸網(wǎng)電壓相位差越大，最大過電壓也越大，牽引變電所出口處過分相最大過電壓高于分區(qū)所處，持續(xù)時(shí)間也更久、振蕩更強(qiáng)烈。
　　(4)建立了列車變壓器合閘時(shí)系統(tǒng)等效電路模型和仿真模型，研究了影響列車勵(lì)磁涌流的關(guān)鍵因素，主要包括列車斷路器合閘相位、空間位置、變壓器剩磁、變壓器內(nèi)部參數(shù)、多列車合閘等，分析了勵(lì)磁涌流對(duì)系統(tǒng)的影響;通過建立合閘

6、電力列車、運(yùn)行電力列車以及牽引供電系統(tǒng)等效電路模型和仿真模型揭示電力列車變壓器和應(yīng)涌流產(chǎn)生機(jī)理，分析了影響和應(yīng)涌流變化的關(guān)鍵因素;分析結(jié)果表明勵(lì)磁涌流不僅會(huì)造成牽引網(wǎng)電壓、變壓器二次側(cè)電壓發(fā)生跌落和嚴(yán)重畸變，還將造成運(yùn)行列車出現(xiàn)和應(yīng)涌流，影響程度與勵(lì)磁涌流大小、列車位置、變壓器參數(shù)等有關(guān)。
　　(5)針對(duì)新型阻波高通濾波器的阻波特性、暫態(tài)特性、濾波特性以及諧振抑制特性進(jìn)行了研究，驗(yàn)證了其在工頻下呈現(xiàn)高阻抗，與系統(tǒng)不交換無功，可有效

7、濾除高次諧波電流，將牽引供電系統(tǒng)首次諧振頻率向更高頻段偏移，避開電力列車諧波電流頻率范圍，從而抑制諧振;設(shè)計(jì)并制造了一套Y型阻波高通濾波器，安裝于高次諧波含量較高的牽引變電所低壓三相系統(tǒng)中，運(yùn)行結(jié)果表明其可有效濾除高次諧波電壓，電能質(zhì)量得到顯著改善，解決了所內(nèi)用電設(shè)備燒損現(xiàn)象。
　　(6)針對(duì)新型貫通式同相供電方案進(jìn)行研究，該方案在牽引變電所采用單相變壓器，在負(fù)序超標(biāo)時(shí)采用組合式同相供電技術(shù)，可取消牽引變電所出口處分相，在分區(qū)所實(shí)

8、施雙邊供電技術(shù)，取消分區(qū)所處電分相，實(shí)現(xiàn)了幾百千米無分相、連續(xù)不間斷供電，避免了因分相造成供電間斷、暫態(tài)過程，從根本上解決分相帶來的各種問題。
　　當(dāng)電力系統(tǒng)不允許采用雙邊供電時(shí)，研究了一種適用于分區(qū)所的不間斷供電自動(dòng)過分相方案，介紹了其結(jié)構(gòu)與工作原理，對(duì)其實(shí)現(xiàn)列車不斷電過分相過程進(jìn)行建模仿真分析，仿真結(jié)果表明該方案利用晶閘管開關(guān)的精確導(dǎo)通和關(guān)斷可實(shí)現(xiàn)列車不斷電過分相，系統(tǒng)中串聯(lián)的電阻可抑制均衡電流和異常情況下出現(xiàn)的暫態(tài)過程。