【正文】 ，輸電線路的分布參數特性較明顯。此時有 Ln λn rnZ Z sh l? () rnln/2λn rn1ch lY Z sh l?? () 式中， λnZ 和 nr —— 分別為對應該次諧波時線路的波阻抗和傳播常數。 輸電線路的電容和電感值可認為是不隨所加的交流電頻率而變的常量。 輸電線路的電阻因集膚效應將隨諧波次數增加而增大，對通常應用的導線規(guī)格，電阻的變化情況可用如下近似公式表示 0 n 0 1 0 10 . 2 8 8 0 . 1 3 8 , 1r r n r n? ? ? () 式中 ， 0nr 和 01r —— 分別為諧波和基波時單位長度線路電阻值。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 13 諧波測量 (1) 諧波測量器的形式 表 諧波測量器的形式 形式 原理 特點 失真度計式 抑制基波得到總諧波有效值，指示后者與基波有效值之比 測總諧波幅值度并可連續(xù)記錄 外差選頻式 用外差原理分別選測某次諧波 不能同時測各次諧波分量 帶通選頻 式 采用多個窄帶濾波器逐次選出各次諧波分量 多次諧波分量可連續(xù)測量或記錄 采樣數字式 對待測號采樣，經 A/D 轉換并離散化，然后用計算機處理 可打印出各次諧波的幅值和相位 (2) 測諧波電流的原理方框圖 1234756i輸 入 電 路 抑 制 電 路 選 擇 電 路 選 頻 電 路電 路 檢 波 器顯 示 器 圖 測量諧波電流的原理性方框圖 如 圖 所示 ， 來自電流互感器副的電流 i 經輸入電路 1 轉換為與 i 成比例的電壓，由方框 5 選出基波電流分量經檢波器 6 在顯示器 7 上展示出的幅值。 (3) 諧波電壓測量的方框圖 如圖 所示， 由電壓互感器取來的畸變變電壓 inU ，經輸入電路 1 輸入，其后，一路經電路 5 分離出基波分量；另一路通過基波抑制電路 2 和量程選擇電路 3 及諧波選擇蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 14 電路 4 將各次諧波分量單獨分離出來，兩路各設一個精密檢波器 6。然后驅動一個 100μA 的電流表使其滿刻度對相應與報警值 (例如 3~5%)、諧波總量達到次值時給出警號，并有一電子鎖定電路將電表指針固定在滿標處，等待手動復位。 1 2 3 4 61 0諧波基波相對值電壓值5 6 8 7U i n輸 入 電 路 抑 制 電 路 量 程 選 擇電 路諧 波 選 擇電 路檢 波 器電 路 檢 波 器 除 法 器 顯 示 器報 警 裝 置 圖 諧波電壓表方框圖 輸電線路諧波諧振頻率分析方法 輸電線路由于存在分布的線路電感和對地電容，當系統參數滿足一定條件時，就可能引起線路諧振現象的發(fā)生，使得諧波電流以及諧波電流發(fā)生放大。 這樣描述系統的方法稱為狀態(tài)變量分析法，其中 L()it和 c()ut稱為串聯諧振電路的狀態(tài)變量。由于諧波源主要為電流源，因此要根據諧波國家標準的規(guī)定，限制諧波源注入電網的諧波電流，把電力系統的諧波電壓抑制在允許范圍內，以保證電能質量和電力系統的安全、經濟運行。比如：增加換流裝置的脈波數，可以減少特征諧波的組成成分并提高最低次特征諧波的次數，從而使諧波含量減少。所以，實際上針對系統中的諧波，能采用的是方法 2。設 置諧波補償裝置就是采用交流濾波器就近吸收諧波蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 16 源產生的諧波電流，這是抑制諧波污染的一種有效措施，也是迄今為止對諧波進行抑制的一種比較實用的方法。 ① 采用無源型交流濾波裝置 該裝置由電力電容器、空芯電抗器和電阻器按要求組合而成。這種方法的主要缺點是補償特性受電網阻抗和運行狀態(tài)影響，易和系統發(fā)生并聯諧振，導致諧波放大，使濾波器過載甚至燒毀。盡管如此，無源 型交流濾波器當前仍是補償諧波的最主要手段。在實際工程應用中接線和具體結構可以靈活多樣。 雙調諧濾波器在諧振頻率附近相當于兩個并聯的單調諧濾波器，它能同 時吸收兩種頻率的諧波。其中二階減幅型的基波損耗較小， 結構簡單，且具有較好的阻抗頻率特性，故工程中用得最多。 ② 采用有源電力濾波器 (Active Power Filter，簡稱 APF)是牽引供電系統諧波抑制的一個重要發(fā)展趨勢。由于 APF可對頻率與幅值都變化的諧波進行跟蹤補償 且補償特性不受電網阻抗的影響，因而受到廣泛的關注。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 17 3 鐵路牽引供電系統 電氣化鐵道 —— 主要諧波源之一 在電氣化鐵道中，現行的電力機車有傳統的交直型和新發(fā)展起來的交直交型兩種，以交直型為主體。交直型電力機車的牽引負荷是單相整流非線性的，其功率因數偏低，含有較豐富的奇次諧波，還因牽引變電所接線方式和兩饋線負荷的隨機波動性在電力系統中產生負序潮流。本文將討論電氣化鐵道的高次諧波問題。使用交直型電力機車的電氣化鐵道產生的諧波與其他非線性負荷的諧波相比具有以下特點 ： (1) 單相獨立性。 (2) 隨機波動性。 (3) 相位廣泛分布。 (4) 高壓滲透性。 (5) 穩(wěn)態(tài)奇次性。 電牽引供電系統 在進行諧波分析和仿真研究之前，首先應該了解研究的對象，所以，在這一章中，將對本文所研究的電牽引供電系統進行介紹。我國的干線電氣化鐵道均采用單相工頻交流制，額定電壓為 25KV。它主要由牽引變電所和牽引網組成。 牽引變電所 牽引變電所由電力系統 110KV網以雙電源方式供電，經牽引變壓器降壓為 相電，并供給牽引網。 (1) 三相牽引變電所 三相牽引變電所的牽引變壓器線圈采用 Y／△ — ll接線，原理電路如圖 。線圈 ac與高壓側 A相線圈同相， bc與 C相線圈同相。另外，兩臺變壓器并列，當一臺變壓器停電時，供電不致中斷。 (2) 單相牽引變電所 同三相牽引變電所比較，單相牽引變電所的突出優(yōu)點是變壓器的容量利用率 可達到 100％ 。 ① V/V接線： V/V接線是從三相接線脫胎而來的一種特殊接線方式。 變壓器高壓端仍接入電力系統中的三相。由于變壓器線圈電流等于饋線電流，所以后者的長期容許值就等于變壓器的額定電 流，變壓器容量可以得到充分利用。必要時兩臺變壓器也可視情形選用不同的容量。但兩臺變壓器不是并列運行。這就需要一個倒閘過程。 ② 單相接線：單組接線又稱簡單單相接線，原理電路如圖 。 受 電 弓機 車受 電 弓機 車ABC 圖 單相接線時的原理電路圖 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 20 變壓器高壓端只接入三相電力系統中的兩相。牽引變電所兩邊供電分區(qū)都由同一相供電。 單相接線變壓器容量利用率也可達 100％。單相接線的弱點是不能供 應地區(qū)三相電力負載和變電所自用三相電力。所以這種接線只適用于電力網比較發(fā)達，三相電力可以可靠地由地方電網得到供應的場合 [8]。這種接線方式把對稱三相電壓變換成對稱二相電壓，用其一相供應一邊供電分區(qū)，另一相供應另一邊供電分區(qū)，原理電路如圖 。 原邊的匝數要求 2T 為 1T 的 32 ， 1T 、 2T 副邊匝數相同。 受 電 弓機 車受 電 弓機 車ci ai bABCi A i C i Ba 臂 b 臂 圖 T接線時的原理電路圖 牽引網 牽引網是由接觸網和軌道地回路構成的供電網的總稱。 電氣化鐵道的接觸網常采用架空式單鏈形懸掛或采用簡單懸掛。鏈形懸掛承力索用鋼絞線 GJ70。型號有 P50、 P43等。 (1) 牽引網的供電方式 ① 一般供電方式 單線區(qū)段的牽引網的供電可分為單邊供電和雙邊供電兩種方式，復線區(qū)段的牽引網又分為單邊分開供電、單邊并聯供電和雙邊紐結供電 。每個接觸網供電分區(qū)常稱為一個供電臂。按現行設計，兩個牽引變電所之間毗連的供電分區(qū)屬于同相。 變 電 所 變 電 所A BC C 圖 線區(qū)段牽引網的單邊供電原理圖 ② 兩種改進的供電方式 交流牽引網的高壓電場和交變磁場會對沿線通信線產生靜電感應和電磁感應，從而對周邊的通信線路造成干擾，降低通信質量。目前有效的方法有兩種：一種是在牽引網中架設吸流變壓器一回流線，稱為 BT供電方式；另一種是在牽引網中采用自耦變壓器一正饋線回路，稱為 AT供電方式。圖 ，吸流變壓器設在分段的中央，其原邊串入接觸網 l，副邊串入沿鐵路架設的回流線 3。吸流變壓器是 1:1的變壓器。 這種裝置的防護作用在于：它把本來是尺寸很大的接觸網一軌道大地回路 (返回電流經軌道和大地流回的回路 )，改變成尺寸相對很小的接觸網一回流線回路 (返回電流經回流線流回的回路 )。但這種方式也有缺點，即電力機車處于吸流變壓器附近時防護效果差。為了克服高速．大功率機車在這種電路中通過吸流變壓器分段時，在受電弓上產生強烈電弧的缺點，后來發(fā)展了一種新的牽引網供電方式 —— AT供電方式。 AT牽引網的原理如圖 。 AT表示自耦變壓器，變比為 2：l，其 一 端接入接觸網 1，中點接入鋼軌 2，另一端接入正饋線 3，將 50KV交流電變換為 25KV交流電。正饋線沿供電分區(qū)架設，與回流線相似。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 23 1235 0 K V2 5 K V2 5 K VA T 1 A T 2 A T 3機車 圖 AT牽引網的原理圖 AT牽引網不僅能防止接觸網上的諧波對電氣化鐵路沿線的通信系統造成干擾，還大大降低了牽引網中的電壓損失，從而擴大了牽引變電所間隔，減少了牽引變電所的數目 。 最簡單。最復雜。一般一條供電臂長度在 20千米左右，供電機車臺數為 1— 3臺。所以，電力機車實際上是整流負荷，運行時將產生大量的諧波電流，是電力系統的諧波源。所以，電氣化鐵路又是電力系統的不對稱負荷，運行時將產生負序電流，是電力系統的負序源。目前，我國電氣化鐵路上運行的主要是國產韶山系列電力機車，包括 SS1型、 SS3型、 SS4型、 SS7型、 SS8型等。 SS3型電力機車也采用二極管整流電路，但機車變壓器調壓蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 25 級位減少，且級間采用了可控硅整流電路，實現了平滑調壓。 根據電力機車的整流特性可知， SS3型電力機車的諧波特性介于 SS1型電力機車和SS4型、 SS7型、 SS8型電力機車之間，其諧波特性具有一定的代表性。 供電臂諧波電流合成 在實際鐵路運輸過程中，一條供電臂上可能會同時有幾臺電力機車運行，這時注入電力系統的諧波電流將是這些電力機車諧波電流的合成。這樣，同一供電臂不同位置上的電力機車產生的諧波電流可以直接進行合成。在圖所示的牽引供電系統中，當 A、 B兩個供電臂同時有機車時，可以根據疊加原理先求出一臂有機車時其諧波電流在牽引變壓器低壓側繞組中的分布，然后再求出另一臂有機車時其諧波電流在牽引變壓器低壓側繞組中的分布，二者相加，就是兩個供電臂同時有機車時諧波電流在牽引變壓器低壓側繞組中的分布。通過整流過程分析可知，三相 6脈動和三相 12脈動整流橋產生的特征諧波電流次數分別為 ： 6脈動 n=6K177。1， K=1， 2， 3，? 即三相 6脈動整流橋產生 1 13等奇次諧波電流，三相 12脈動整流橋產生 11 2 25等奇次諧波電流。 1(對于三相 6脈動整流橋 )或 12K177。例如，對于三相 6脈動整流橋，產生 15次等非特征諧波；對于三相 12脈動整流橋，產生 17次等非特征諧波。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難以確定， 所以非特征諧波一般采用估計的方法。 牽引供電系統諧波電流放大 當電力機車向牽引網注入諧波電流時，某些次數的諧波電流將會激勵牽引網發(fā)生諧振，諧波電流放大即為諧振的一種表現形式，它將引起牽引網設備的絕緣損壞以及保護誤動等問題。 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 27 受 電 弓機 車牽 引 變 電 所牽 引 網分 區(qū) 所S SS P （ a） 牽引供電系統原理圖 I tXI 1I 2Z 1 Z 2I X電 力 機 車S SS P （ b） 等值電路圖 圖 牽引供電系統原理圖及其等值電路 從圖 t 1 2I =I+I () 21t12ZI =I Z +Z? （ ） 12t12ZI =I Z +Z? （ ） 其中 :tI 為機車電流 。 1Z 、 2Z 分別為在機 車位置向牽引變電所方向和分所方向看去的牽引網阻抗 。 諧波仿真 我國目前運行的