电气化铁路 27.5kV/380V 电源系统高次谐波的研究-中国期刊网

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（整期优先）网络出版时间：2020-07-15

作者: 王长春

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电气化铁路 27.5kV/380V 电源系统高次谐波的研究

王长春

身份证号码： 513601198209203414 四川成都 6100000

摘要：本文通过分析牵引网高次谐波对牵引变电所低压配电系统的渗透特性,提出了适用于电气化铁路27.5kV/380V电源系统的二阶高通滤波器滤波方案,研制了二阶高通滤波器滤波装置,并安装运行于曾因谐波导致用电设备烧损的牵引变电所中。经工程应用测试,该滤波装置滤波效果良好,有效滤除了高次谐波,改善了低压配电系统供电质量,彻底解决了因谐波导致用电设备烧损的问题。

关键词：高次谐波;27.5kV/380V电源系统;二阶高通滤波器;

引言：随着基于PWM技术的大功率交直交传动电力机车（HXD型）的广泛采用，使得牵引供电系统的电能质量出现了一些新的特点，即牵引供电系统中3，5，7，9次谐波有所下降，20次以上的高次谐波显著上升，系统出现宽频率范围（约3-70次）的谐波电能治理问题。其中低压配电系统的高次谐波问题比较突出，主要表现为所内充电模块烧损、空调、电脑受损、保护综自等屏柜信号指示器易损、所内生活用电设备损坏等现象。部分通信信号用电也来自牵引网降压，还可引起信号系统的故障。

高次谐波向380V低压侧渗透

电气铁路牵引变电所的所内用电通常采用27.5kV/380V变压器和10kV/380V变压器供电，两路电源互为备用。牵引网的高次谐波可通过所内两相-三相变压器渗透到低压牵引配电三相系统中。

2、二阶高通滤波器的构成与接线原理

在电气铁路牵引变电所内所用27.5kV/380V变压器低压侧通过安装二阶高通滤波器解决变电所电能质量问题。二阶高通滤波器的接线原理如图1所示：

图1 二阶高通滤波器接入变电所接线示意图

图1中，所用降压变压器为逆YNd11变压器，二阶高通滤波器（Fa、Fb、Fc）接于牵引变电所变压器低压侧a、b、c、o端子，即a、b、c三相，额定线电压为380V，与所内用电设备并联运行。

二阶高通滤波器由电阻器R和电抗器L并联后再与电容器C串联构成，其结构如图2所示。

图2 二阶高通滤波器结构

二阶高通滤波器阻抗频率特性曲线，如图3所示。

图3 阻抗频率特性曲线

由图3可知，二阶高通滤波器的工作原理为：在工频f0=50Hz下角频率为ω0，电容器与电抗器发生并联谐振，即ω0L=1/ω0C，1-(ω0)2LC=0, 则Z(ω0)→∞, 则Z(ω0)→∞，则在工频电压下，可认为二阶高通滤波器二阶高通滤波器是开路状态，无工频电流流过，对外不交换无功功率，不消耗有功功率，具有二阶特性；随着ω的增大，Z(ω)迅速减小，在高频下呈现低阻抗，为高次谐波提供通路，滤除高次谐波。可见二阶高通滤波器系统结构简单，但滤波效果很明显。

3、现场应用情况

如图4所示为国内某铁路牵引变电所主接线图，其中1#所用变压器为Dyn11变压器，牵引网两相α、β电压通过Dyn11变压器变为A、B、C三相电压，给二次设备供电，1#变压器主要参数为：27.5kV/0.4kV，100kVA，2.1/144.34A。

图4 牵引变电所主接线图

高次谐波滤波方案具体实施为在1#所用变压器二次侧并联三相谐波二阶高通滤波器，本谐波滤波器能有效的滤除任意次高次谐波,并对高次谐振起到阻尼作用，提高供电质量。

3.1二阶高通滤波器实施效果对比

对380V侧三相电压和Y型谐波滤波器电流进行测试，测试仪器为FLUKE435，掌握滤波器投入前后380V侧三相电压的运行情况与谐波畸变情况。测试现场如图5所示。

图5测试现场

评价谐波的主要依据包括谐波电压综合畸变率和各次谐波电压含量，分别对滤波器投入前后，对以上两个指标进行了测试。测试结果表明：

谐波电压综合畸变率由最大值18.9%，下降到了3.98%，国家标准为5%，满足滤波要求。

高次谐波中的各次谐波含量最大值由17%，下降到了4%，国家标准为4%，满足滤波要求。

3.2各次谐波含量对比分析

对投入前后各次谐波含量进行对比分析，尤其对本线路谐波含量较大的高次谐波进行了比较。图6为谐波滤波装置投入前后A、B、C相高次谐波含量对比图。根据图表可以看出，滤波器投入前A、B、C相电压23、25、27次谐波最大值较大，最大达到17.11%，远超过4%的国家标准。滤波器投入后A、B、C相电压23、25、27次谐波最大值均显著下降，达到国际标准，滤波效果明显。