陈刚
中铁二院工程集团有限责任公司
摘要：首先概述了成都动车段电压过高导致机车不能出库的基本情况,然后基于实测数据对电压电流信号进行分析,从峰值电压、基波有效值电压、电压总谐波畸变率和电压谐振等角度分析动车段电能质量,从而对导致过电压的原因进行探究，综合分析结果得到导致过电压的原因并提出了治理措施的建议。
关键词：电能质量；过电压；实测数据 Key words: power quality;over-voltage; measured data
0 引言
铁路系统是电力系统的主要消费者[1]，其所占用的能源比例已经达到了很高的水平[2]。同时我国高速铁路发展很快，对机车运行的可靠性和安全性和准时性的要求也在逐渐提高，随着经济发展和要求的提高，电能质量问题日益严重[3]。其电能质量的很多问题都来自于我国动车发展速度很快，而相应的问题在之前没有发生过，需要对出现的问题进行分析，从而进一步提升电能质量[4]。
成都动车段近期存在夜间和凌晨网压过高的情况，造成列车闭锁，导致列车不能出库，影响列车正常运行，这种状况触发了保护装置，通知成都北客站需要切主变增加容量，从而缓解电压过高。为了挖掘出实际情况的真正原因，针对八里庄的母线电压电流和214车库的电压电流进行了数据测量和波形录制。
本文从电能质量的各个角度对实测数据进行分析和总结[5]，从数据的角度挖掘问题的真实原因。分析了电压峰值、谐波谐振、基波有效值、谐波含量、回馈制动等可能的原因，最后根据实测数据波形得出成都八里庄开闭所网压升高的原因。
1 动车所概述
成都八里庄开闭所外部供电由成都北客站和石变承担，数据测试的时间由成都北客站供电，八里庄开闭所的母线直接连接动车车库，为动车车库供电，各动车车库的电流由母线进行回流，因此在八里庄开闭所母线可以获得十分详尽的电压电流数据。
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动车一般在夜间10:00到2:00之前完成进站，在凌晨3:00到7:00完成出站。期间母线上和各个动车车库的电压电流会随着负载情况而产生波动，并且由于动车数量很多，例如CRH6A、CRH380A，并且车型复杂，电压电流变化的趋势也很复杂。
常在每日的列车进站和列车出站时间段发生电压过高的情况，导致列车不能正常运行，影响列车的正常运行和检修活动。
2 实测数据分析
2021年5月31日14:49:53至2021年6月4日11:03:06共92小时左右，用E6500 系列电能质量分析仪，对八里庄开闭所27.5kV侧母线电压U、母线电流I进行了测试。测试数据分析如下。
2.1电压峰值
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由图2（a）峰值电压过程波形可知，过程记录显示网压过高情况集中发生在每日10:00PM-次日6:00AM时段，具体波形分析如下：
图2（b）峰值电压采样波形文件为6月1日04:03:07-6月1日04:13:07，27.5kV侧电压峰值明显偏高，尤其是在夜间和凌晨时段，约每日10:00PM-次日6:00AM。在高电压时段，电压超过峰值44.5KV（有效值31.5KV）发生在每个周波的波峰波谷处。
可以看出，网压过高现象持续时间很长，在整个录波过程广泛存在。
2.2谐振
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由图3可看出，27.5kV侧电压存在明显的谐振过电压，谐振现象使得网压升高，并且通过录波分析可知，在夜间与凌晨存在长时间谐振现象，这是使得网压抬升的重要原因。
2.3基波有效值
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图4可看出，27.5kV侧电压基波有效值没有明显偏高，因此可以排除由于基波电压过高引起的网压过高。
但从图中可以看出基波电压有效值在每日10:00PM-次日6:00AM处于29.5KV左右，基波电压虽然没有超标，但是较高的基波与其他造成网压抬升的现象相互叠加，会导致最终网压过高。
2.4谐波含量分析
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由图5可看出，27.5kV侧电压谐波含量明显偏高，与2.2节分析的谐振过电压相符合，即谐振，可能存在一定的谐振导致谐波放大，畸变率增加。
2.5回馈制动分析
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由图6可看出，有功功率一直为正，可以看出机车一直工作在牵引工况，不存在再生制动的情况，因此可以排除因为再生制动导致的网压过高。
3 治理措施建议
通过分析上述实测数据，电压过高主要是由于两方面原因，第一、基波有效值偏高，第二、谐振过电压，这两个原因单独作用并没有造成明显影响，但是两个影响电能质量的因素在同一时间相互叠加，就导电压标准超过了限制要求，使得机车无法正常运行，造成出库困难。
现就两个原因提出治理措施的建议：
1）调节电压分接头降低输入电压。
2）在动车段增设滤波器。
通过调节电压分接头可以在基波电压较高的时间段有效降低电压，从而改善电压过高问题。通过增设滤波器可以滤除高次谐波，避免发生谐振，造成谐振过电压。
4 结论
本文分析了动车段开闭所的测试数据，给出了电压过高的原因，并针对造成问题的因素提出了针对性的治理措施。
正文分析电压峰值波形，过电压集中出现在每日10:00PM-次日6:00AM时段；分析基波有效值波形，每日10:00PM到次日6:00AM时段电压基波会抬升，因为八里庄开闭所位于供电线路末端且晚间线路处于空载或轻载状态，发生了容升现象，引起了电压抬升，但整体基波没有超过限值；分析电压总谐波畸变率波形，电压谐波含量没有明显偏高，因此可以排除由谐波含量过大引起的网压过高；分析有功功率波形，有功功率一直为正，可以看出机车一直工作在牵引工况，不存在再生制动的情况，因此可以排除因为再生制动导致的网压过高。
综上，线路在夜间时段处于轻载或空载状态，存在容升现象造成电压抬升，并且发生了谐振现象，存在谐振过电压，两者相叠加，使得电压一直处在较高水平。可以采取调节电压分接头降低输入电压和增设滤波器滤除谐波。
参考文献
[1]周福林,陈志远,钟勇,何祥照,刘澄宇,童启华.宽频电能质量综合治理装置研究[J].电气化铁道,2018,29(S1):47-50+56.
[2]缪炳荣,张卫华,刘建新,周宁,梅桂明,张盈.工业4.0下智能铁路前沿技术问题综述[J].交通运输工程学报,2021,21(01):115-131.
[3]宋可荐,吴命利,杨少兵,潘朝霞,马春莲.我国电气化铁路高次谐波谐振问题研究综述[J].铁道学报,2021,43(01):64-76.
[4]李超. 电气化铁路电能质量实测数据管理与数据分析[D].北京交通大学,2020.
[5]张志文,王丹,胡斯佳,罗隆福,陈明飞.一种混合型电气化铁道电能质量综合治理系统及其容量分析[J].电力自动化设备,2014,34(12):89-94.
作者简介：陈刚，1977.04,中铁二院工程集团有限责任公司,长期从事牵引供变电设计工作。