【正文】 觸線和鋼軌之間，由25kV電壓供電。正饋線沿供電分區(qū)架設(shè)，與回流線相似。自耦變壓器為低阻抗變壓器，即低漏磁變壓器，其具有漏磁低，相應(yīng)渦流損耗、結(jié)構(gòu)損耗低，空載電流小，無功損耗低，體積小，重量輕，節(jié)省材料等特點。 AT牽引網(wǎng)的原理圖AT牽引網(wǎng)不僅能防止接觸網(wǎng)上的諧波對電氣化鐵路沿線的通信系統(tǒng)造成干擾，還大大降低了牽引網(wǎng)中的電壓損失，從而擴(kuò)大了牽引變電所間隔，減少了牽引變電所的數(shù)目。(2) 供電方式比較 BT與AT供電方式比較供電方式直供BTAT供電臂(km)25~302045~50牽引網(wǎng)阻抗(Ω/km)~~~牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)由接觸懸掛、鋼軌組成。最簡單。由接觸懸掛、鋼軌、回流線和吸流變壓器組成由接觸懸掛、鋼軌、自耦變壓器、正饋線和保護(hù)組成。最復(fù)雜。牽引網(wǎng)電壓水平較好較差最好牽引網(wǎng)電能損失~5%7~8%2~3%防干擾特性最差良好良好維護(hù)管理最少較多最多牽引網(wǎng)造價最少較大最大4 鐵路牽引供電系統(tǒng)諧波分析我國電氣化鐵路大多采用所謂的“BT”供電方式，來自電力系統(tǒng)的電源一般是100KV或220KV輸電線路。一般一條供電臂長度在20千米左右，供電機(jī)車臺數(shù)為1—3臺。電力機(jī)車為了調(diào)速方便，一般采用直流電動機(jī)，但向機(jī)車供電的供電臂提供的是交流電，因此電力機(jī)車上需要整流裝置，把交流電轉(zhuǎn)換為直流電。所以，電力機(jī)車實際上是整流負(fù)荷，運(yùn)行時將產(chǎn)生大量的諧波電流，是電力系統(tǒng)的諧波源。另外，當(dāng)只有一個供電臂有機(jī)車時，牽引變壓器帶的是單相負(fù)荷，當(dāng)兩個供電臂有機(jī)車時，牽引變壓器帶的是兩相負(fù)荷。所以，電氣化鐵路又是電力系統(tǒng)的不對稱負(fù)荷，運(yùn)行時將產(chǎn)生負(fù)序電流，是電力系統(tǒng)的負(fù)序源。 電氣化鐵路牽引供電示意圖 電力機(jī)車諧波分析電氣化鐵路牽引負(fù)荷主體是電力機(jī)車，因此，分析電氣化鐵路牽引負(fù)荷諧波情況，就必須首先分析電力機(jī)車的諧波特性。目前，我國電氣化鐵路上運(yùn)行的主要是國產(chǎn)韶山系列電力機(jī)車，包括SS1型、SS3型、SS4型、SS7型、SS8型等。SS1型電力機(jī)車采用二極管整流電路，通過調(diào)整機(jī)車變壓器的分接頭進(jìn)行電壓調(diào)整，以改變機(jī)車行駛速度。SS3型電力機(jī)車也采用二極管整流電路，但機(jī)車變壓器調(diào)壓級位減少，且級間采用了可控硅整流電路，實現(xiàn)了平滑調(diào)壓。SS4型以后的電力機(jī)車一般采用多段橋式可控整流電流，完全實現(xiàn)了平滑調(diào)壓。根據(jù)電力機(jī)車的整流特性可知，SS3型電力機(jī)車的諧波特性介于SS1型電力機(jī)車和SS4型、SS7型、SS8型電力機(jī)車之間，其諧波特性具有一定的代表性。因此，在對電氣化鐵路牽引負(fù)荷進(jìn)行諧波分析時，認(rèn)為牽引負(fù)荷全部為SS3型電力機(jī)車。 供電臂諧波電流合成在實際鐵路運(yùn)輸過程中，一條供電臂上可能會同時有幾臺電力機(jī)車運(yùn)行，這時注入電力系統(tǒng)的諧波電流將是這些電力機(jī)車諧波電流的合成。由于供電臂的距離一般比較短，對于次數(shù)較低的諧波（一般19次以下），一般可以不考慮供電臂的分布參數(shù)特性。這樣，同一供電臂不同位置上的電力機(jī)車產(chǎn)生的諧波電流可以直接進(jìn)行合成。對于每一次諧波而言，它們均為正弦量，都可以用相量的形式表示出來，例如：A供電臂上第i臺機(jī)車的第n次諧波電流可以表示為 ()在圖中，設(shè)A供電臂上有N臺電力機(jī)車，則A供電臂上總的第n次諧波電流為 ()同理，B供電臂上總的第n次諧波電流為 () 牽引負(fù)荷注入系統(tǒng)的諧波電流牽引負(fù)荷是單相負(fù)荷，它注入系統(tǒng)的諧波電流在三相的分布是不對稱的，因此，必須分別計算每一相的諧波電流。在圖所示的牽引供電系統(tǒng)中，當(dāng)A、B兩個供電臂同時有機(jī)車時，可以根據(jù)疊加原理先求出一臂有機(jī)車時其諧波電流在牽引變壓器低壓側(cè)繞組中的分布，然后再求出另一臂有機(jī)車時其諧波電流在牽引變壓器低壓側(cè)繞組中的分布，二者相加，就是兩個供電臂同時有機(jī)車時諧波電流在牽引變壓器低壓側(cè)繞組中的分布。忽略變壓器勵磁支路的分流，則根據(jù)牽引變壓器的變比，可計算出注入電力系統(tǒng)的諧波電流，即 () () () 整流負(fù)荷諧波源模型工礦企業(yè)的大中容量整流負(fù)荷廣泛采用三相6脈動和三相12脈動整流橋，由于整流器的非線性而產(chǎn)生諧波。通過整流過程分析可知，三相6脈動和三相12脈動整流橋產(chǎn)生的特征諧波電流次數(shù)分別為：6脈動n=6K177。1，K=1，2，3，…12脈動n=12K177。1，K=1，2，3，…即三相6脈動整流橋產(chǎn)生113等奇次諧波電流，三相12脈動整流橋產(chǎn)生11225等奇次諧波電流。整流負(fù)荷在實際運(yùn)行過程中，除產(chǎn)生特征諧波外，還產(chǎn)生非特征諧波，即諧波次數(shù)不是6K177。1(對于三相6脈動整流橋)或12K177。1(對于三相12脈動整流橋)次的諧波電流。例如，對于三相6脈動整流橋，產(chǎn)生15次等非特征諧波；對于三相12脈動整流橋，產(chǎn)生17次等非特征諧波。非特征諧波是由于整流設(shè)備控制角不均勻、供電電壓不平衡、系統(tǒng)三相阻抗不對稱、負(fù)荷波動等因素引起的，其諧波次數(shù)不能像特征諧波那樣由脈動數(shù)決定。非特征諧波電流的精確計算一般是不可能的，而且許多因素和參數(shù)難以確定，所以非特征諧波一般采用估計的方法。例如12脈動換流設(shè)備的非特征諧波(119次)取為相應(yīng)6脈動換流設(shè)備水平的15%~25%(本文中統(tǒng)一取20%)；而脈動換流設(shè)備的3及3的倍數(shù)次非特征諧波(15次)取為基波電流的1%左右。 牽引供電系統(tǒng)諧波電流放大當(dāng)電力機(jī)車向牽引網(wǎng)注入諧波電流時，某些次數(shù)的諧波電流將會激勵牽引網(wǎng)發(fā)生諧振，諧波電流放大即為諧振的一種表現(xiàn)形式，它將引起牽引網(wǎng)設(shè)備的絕緣損壞以及保護(hù)誤動等問題。(a)為牽引供電系統(tǒng)原理圖，對其進(jìn)行等效，(b)所示，牽引網(wǎng)總長為L。（a） 牽引供電系統(tǒng)原理圖（b） 等值電路圖 牽引供電系統(tǒng)原理圖及其等值電路 () （） （）其中:為機(jī)車電流。、分別為流向牽引變電所(SS)方向和分區(qū)所（SP）方向的牽引網(wǎng)電流。、分別為在機(jī)車位置向牽引變電所方向和分所方向看去的牽引網(wǎng)阻抗。影響牽引供電系統(tǒng)諧波諧振點的主要因素有牽引網(wǎng)的單位長阻抗和導(dǎo)納、牽引網(wǎng)長度、機(jī)車位置、牽引變電所等值阻抗，當(dāng)機(jī)車向牽引網(wǎng)注入的諧波頻率等于或接近于牽引網(wǎng)的諧振點時就可能引起系統(tǒng)發(fā)生諧振。 諧波仿真我國目前運(yùn)行的主力車型是交直型電力機(jī)車，主要包括韶山系列國產(chǎn)機(jī)車進(jìn)口的SK等車型。其傳動系統(tǒng)的主電路為“交一直”型，即整流器加直流牽引電機(jī)。除早期車型采用多級變壓器外，大多數(shù)機(jī)車均為多段橋式相控整流，牽引電機(jī)串勵或復(fù)勵直流電機(jī)。本文將研究現(xiàn)有交直型電力機(jī)車的主電路和牽引控制系統(tǒng)，建立整流電路各工作狀態(tài)下的模型。采用Matlab/Simulink軟件，建立交直型電力機(jī)車的仿真平臺，利用實際機(jī)車參數(shù)，創(chuàng)建現(xiàn)有各種車型的整流電路、直流電機(jī)和牽引控制系統(tǒng)的仿真模型，過仿真分析各種工況下不同車型的的諧波特性[10]。以韶山4型機(jī)車為例，主電路采用大功率晶閘管與二極管組成的不對稱半控橋式整流電路(不等分三繞組，三段半控橋式整流調(diào)壓電路)。機(jī)車采用傳統(tǒng)的直流傳動方式，牽引電機(jī)為串勵脈流牽引電動機(jī)。將牽引電動機(jī)和平波電抗器組成的負(fù)載回路等效為一個電阻R、電感L和等效直流電壓E組成的串聯(lián)支路。(1) 第一橋段 第一橋段仿真模型 第一橋段諧波仿真電壓波形(2) 第二橋段 第二橋段仿真模型 第二橋段諧波仿真電壓波形(3) 第三橋段 第三橋段仿真模型 第三橋段諧波仿真電壓波形SS4G型電力機(jī)車網(wǎng)側(cè)電流中主要含有低次的奇次諧波，尤以3次和5次諧波含量最高。另外，經(jīng)仿真驗證，機(jī)車整流電路的段數(shù)越高，其功率因數(shù)也越高，其他電力機(jī)車也有此結(jié)論。當(dāng)保持機(jī)車輪軸功率和機(jī)車速度不變，網(wǎng)壓改變時，諧波電流仍然主要是低次的奇次諧波。隨著網(wǎng)壓的增大，機(jī)車注入電網(wǎng)的諧波電流隨之下降。結(jié) 論隨著交直交動車組在客運(yùn)專線上的大量采用，牽引供電系統(tǒng)的中諧波特性呈現(xiàn)出了許多新的特點，即在低頻帶的諧波大大減少甚至消除，而高頻帶的諧波問題卻凸顯出來。對于牽引供電系統(tǒng)中高頻帶的諧波對系統(tǒng)的影響目前研究較少，而現(xiàn)場中高頻帶諧波確實對系統(tǒng)造成了一定危害，故本文對牽引供電系統(tǒng)中的諧波引起的諧波電流放大進(jìn)行了仿真分析。(1) 本文闡述了諧波的危害、標(biāo)準(zhǔn)及各元件的等值電路諧波參數(shù)。(2) 本文粗略介紹了牽引供電系統(tǒng)。(3) 對鐵路牽引供電中的諧波進(jìn)行了分析并用MATLAB加以仿真。 參 考 文 獻(xiàn)[1] 吳競昌,[M].北京:水利水電出版社,1988.[2] [M].北京:中國鐵道出版社,1998.[3] [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.[4] [J].鐵道學(xué)報,1999,21(10):1~6.[5] 曹建猷 電氣化鐵道供電系統(tǒng)[M].北京:中國鐵道出版社,1983.[6] [M].重慶:重慶大學(xué)出版社,1991.[7] [J].電力建設(shè),1996(12):8~11.[8] [J].鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2001,22(3):48~50.[9] ——牽引供電系統(tǒng)[M]. 北京:中國鐵道出版社,1988.[10][M].北京:清華大學(xué)出版社,2007.