带回流线的直供型牵引供电系统.ppt

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1、1,带回流线的直供型牵引供电系统的电能质量研究,答辩人：张 蕾 学 号：04291146 指导老师：李华伟,2008-6-15,张蕾（04291146）,2,提 纲,SS4型电力机车的建模与仿真研究带回流线的直供型牵引网的建模与供电系统的研究牵引供电系统的电能质量研究电力机车产生的谐波，负序问题电网侧频率偏差，电压偏差、骤降（升）对电力机车运行的影响,2008-6-15,张蕾（04291146）,3,第一部分SS4电力机车的建模与仿真研究,2008-6-15,张蕾（04291146）,4,第一部分：SS4电力机车,1、SS4 电力机车的相控调压原理,2008-6-15,张蕾（04291146）

2、,5,2、仿真电路图,第一部分：SS4电力机车,网压电源为的理想电压源；变压器：4760kVA，25000/671.14/2335.57V；漏抗11%；平波电抗器0.0078H，牵引电机的总电阻为0.044104。,2008-6-15,张蕾（04291146）,6,3、整流电路漏抗的影响,考虑漏抗时四段整流桥的输出电压：,要计算有重叠导通时的输出电压平均值，就得在每次换流中从不考虑重叠的输出电压中减去换流期的电压损失，只要计算换相压降 即可。,=,=,第一部分：SS4电力机车,2008-6-15,张蕾（04291146）,7,4、SS4主电路的调速特性,在整流电压电流的线性给定值下，由牵引电机

3、空载电势的计算整流桥的触发角的确定描绘SS4电力机车的调速特性曲线，如右图：,第一部分：SS4电力机车,2008-6-15,张蕾（04291146）,8,5、SS4的功率因数,电力机车的功率因数PF与机车速度的关系称为功率因数特性。,第一部分：SS4电力机车,2008-6-15,张蕾（04291146）,9,第二部分 带回流线的直供型牵引网的建模与供电特性,2008-6-15,张蕾（04291146）,10,第二部分：牵引网,1、牵引网阻抗的等效原理,2008-6-15,张蕾（04291146）,11,第二部分：牵引网,六个传输线模块（seg1seg6），每一表示5km,总供电距离为30km。

4、“负载”为机车，距离变电所15km处,机车等效阻抗(62.5+j46.875),三相电源参数：线电压110kV。变压器参数：容量50MVA,变比110 kV/27.5 kV，短路阻抗百分数10.5%。,2、仿真电路图,2008-6-15,张蕾（04291146）,12,流向吸上线3和4的电流的比值为：54：42=1.29。,第二部分：牵引网,2008-6-15,张蕾（04291146）,13,随着节点离变电所距离变长，钢轨电压下降泄露电流的影响主要表现在当电力机车通过时，会引起通信设备地电位升高，从而影响通信设备的正常运行。列车处钢轨电位越高，列车获得的牵引电压就越小。所以，降低钢轨电位是很有

5、实际意义的。,第二部分：牵引网,2008-6-15,张蕾（04291146）,14,带SS4机车负载时,第二部分：牵引网,除了用机车模型代替恒阻抗负载，还将电力机车位于离牵引所12km处，其他参数取值均不变。,3、仿真电路图,2008-6-15,张蕾（04291146）,15,带SS4电力机车负荷与带恒阻抗负荷时钢轨电位的变化趋势完全一样，只是在钢轨电位值大小上又差异。毕竟电力机车是一个非线性变化的负荷，不是一个恒阻抗。,其谐波含量明显，也导致读数时其值过大,第二部分：牵引网,2008-6-15,张蕾（04291146）,16,4、复线区段的供电特性,其中接触网采用接触网选GLCA-，承力索选

6、GJ-70，回流线选LJ185，钢轨选50kg/m。,上下行回路间的零序互阻抗,第二部分：牵引网,2008-6-15,张蕾（04291146）,17,第二部分：牵引网,上行机车位于12km处，下行机车在15km处,4、复线区段的供电特性,2008-6-15,张蕾（04291146）,18,复线区段与单线时的几乎所有的参数的变化趋势相同。且由于复线是上下行分开并联供电，电力机车位置不同，上下行的电压电流的取值也不一样，即牵引网供电系统中，各部分电压电流的分布与机车的所在位置密切相关。,相较于单线供电，复线供电时，电力机车的运行使电力系统中的谐波含量更是明显增加，网压侧的电流谐波含量非常大，导致其

7、的波形畸变更为严重。,第二部分：牵引网,4、复线区段的供电特性,2008-6-15,张蕾（04291146）,19,第三部分：电能质量研究,分单复线供电区段从以下几方面分别讨论了电能质量的问题：电力机车引起的谐波分析电力机车产生的负序分量 电网频率偏差的影响 网压侧电压骤降的影响 网压侧电压偏差的影响,第三部分：电能质量,2008-6-15,张蕾（04291146）,20,1、电力机车引起的谐波分析,复线区段,单线区段,电力机车的整流电路产生的谐波含量以奇次谐波为主复线区段网压侧的变压器原边的谐波总含量比单线区段时略高一些，因为多列电力机车工作在不同的位置产生的谐波含量是变化的。谐波的含量增加

8、也导致了电网侧的功率因数的降低。,第三部分：电能质量,2008-6-15,张蕾（04291146）,21,1、电力机车引起的谐波分析,当谐波电流返回系统时，由于牵引网对地分布电容和回 路电感的影响，可能构成谐波的谐振回路，造成谐振放大，危及系统安全。谐波电流流过牵引变压器，会产生谐波电压降，引起附加铁损和铜耗，使变压器容量减小，效率降低。消除或者减少电力系统中的谐波含量，措施：在牵引变电所牵引侧或者是电力机车上加装装设并联电容补偿装置减少谐波电流的发生量电力系统增容，调整运行方式等等。,第三部分：电能质量,2008-6-15,张蕾（04291146）,22,2、电力机车产生的负序分量,复线区段

9、,当牵引变压器所采用单相接线牵引变压器时，其负荷在三相电力系统中引起的负序电流绝对值与正序电流绝对值相等，电流不对称系数为也依然为100%。图中也清楚的显示了零序电流为0，即单相的电力机车负荷并没有在系统中引起零序电流。,单线区段,第三部分：电能质量,2008-6-15,张蕾（04291146）,23,2、电力机车产生的负序分量,三相电压、电流不平衡造成的危害，主要有：引起旋转电机的附加发热和振动，使发电机容量利用率下降，危及其安全运行和正常出力；使变压器寿命缩短，且还会因磁路不平衡，造成附加损耗引起以负序分量为启动元件保护发生误动作；对于通信系统，会增大对其干扰，影响正常通信质量。所以，为了

10、减少单相牵引负荷对负序影响的改善措施：牵引供电系统：相邻牵引变电所的牵引变压器原边换接相序；牵引变电所采Scott接线的变压器；电力系统：在发电厂或者枢纽变电所安装特殊订货的同步调相机，或者是临时性的过渡措施，来改变系统负序电流的分配，以减少负序电流流入负序承受能力弱或较重的设备。,第三部分：电能质量,2008-6-15,张蕾（04291146）,24,3、电网频率偏差的影响,单线区段,复线区段,单复线区段当频率上升或者下降时，电力机车的整流电路出现异常的规律基本相似，而且出现整流异常的的时间与频率偏差的幅值直接相关，频率出现的偏差值越大，出现异常的时间越短。,第三部分：电能质量,2008-6

11、-15,张蕾（04291146）,25,3、电网频率偏差的影响,当电力系统的频率上升时，电力机车较短的时间内就会出现整流异常，甚至只有0.1s左右。牵引电机的直流渐渐下降的达到一个新的平衡，不会出现立即降至几乎为0的突变。但是频率的上升还是很容易就导致整流触发异常，使牵引电机的直流电流过低。当电力系统的频率下降时，较频率上升时，触发失败的时间略长，但若整流一旦发生异常，在短时间内（不到两个周期）整个电路就触发失败，牵引电机直流也在随之立即下降至几安培，严重影响牵引电机的正常工作。值得注意的是：频率下降时，在整流触发失败之前，牵引电机的直流分量有一个明显增加的过程，甚至会高达牵引电机额定工作电流

12、的2倍，显然，若是让牵引电机长时间在如此高的电流下工作，会大大的影响电机的寿命，甚至导致其烧毁。,第三部分：电能质量,2008-6-15,张蕾（04291146）,26,4、网压侧电压骤降的影响,在加上断路故障时，会引起电网侧的电流的谐波含量增加。并且，故障持续的时间越长，其增加的谐波含量越大。,单线区段,第三部分：电能质量,2008-6-15,张蕾（04291146）,27,4、网压侧电压骤降的影响,与单线区段一样,在加上断路故障时，会引起电网侧的电流的谐波含量增加。并且，故障持续时间越长,其增加的谐波含量越大。,复线区段,第三部分：电能质量,2008-6-15,张蕾（04291146）,2

13、8,4、网压侧电压骤降的影响,对于电网出现的频率偏差，电力机车的异常反应极为迅速，而且对电网的频率偏差范围要求更严格。单复线供电区段出现网压骤降时，一样会导致系统的谐波含量增加，功率因数下降。相较于频率偏差，电力机车的反应要相对缓和一些，在网压迅速恢复时，整流电路又会很快恢复正常。,第三部分：电能质量,2008-6-15,张蕾（04291146）,29,5、网压侧电压偏差的影响,在整流桥均为满开放时，调节网压侧的电压值，当网压下降为102.75kV时，整流侧的牵引电机工作在额定的工作状态，此时，其直流分量分别为1.0328k V，0.840117k A。此时，牵引网的功率因数为：,第三部分：电

14、能质量,2008-6-15,张蕾（04291146）,30,5、网压侧电压偏差的影响,在整流桥均为满开放时，若网压侧的电压值继续下降，牵引电机的电流也将低于其额定电流840A。当网压下降为10%，即为99k V时，整流侧电压电流的直流分量分别为1.02569k V，0.745709k A，则牵引功率为 此时，牵引网的功率因数为：,第三部分：电能质量,2008-6-15,张蕾（04291146）,31,5、网压侧电压偏差的影响,相较于在同等条件时在机车在额定工况工作条件下，当其牵引功率下降时，会导致其主电路的功率因数下降。在整流电路中，因为直流侧的电压与电流值与晶闸管的触发角直接相关但是若是网压

15、侧的电压值过低时，即使整流桥全部满开放，整流电压也不能达到牵引电机的额定功率，此时，电力机车的正常运行就会受到影响。而若是网压侧的电压值过高，虽然理论上，可以通过触发角的调节总是能使整流桥的输出电压值保持在牵引电机的额定电压上，但是过高的网压会使晶闸管寿命缩短，甚至烧毁。所以这也是不允许的。在复线区段，其现象与结论与单线区段一致。,第三部分：电能质量,2008-6-15,张蕾（04291146）,32,总结与展望,结果表明：由于电力机车为单相相控整流型非线性负荷，必然会在电力系统引起负序分量，谐波含量多，功率因数低等电能质量问题。同时，电力系统的频率偏差以及电压偏差对电力机车影响也是不容忽视的

16、。电力机车对频率变化很敏感，以内的频率偏差也极易导其整流装置触发紊乱，甚至触发失败，使电力机车不能正常运行。所以，为保证电气化铁路经济、安全的运行，必须将牵引供电系统的电能质量控制在安全合理范围内。,2008-6-15,张蕾（04291146）,33,总结与展望,由于本人能力及时间所限，本文所做的工作中尚有一些不足之处，体现在：牵引变压器的只考虑了单相变压器，其他接线形式由于时间限制没来得及一一讨论与验证。关于电压骤升对电力机车以及牵引供电系统的影响等等。论文中就各种具体的电能质量问题其所对应的行之有效的解决方法，只是很粗略的提到了一些上述工作需在今后加强，以能针对牵引供电系统的电能质量问题，提出更多的解决措施。,34,请各位老师提问！,谢谢各位老师!,Thank You!,