王长春
51360119820920****四川成都
摘要：牵引网产生的高次谐波渗透到电气化铁路牵引变电所低压侧，造成低压侧交流系统电压升高。为了研究高次谐波对电气化铁路牵引变电所供电系统的影响，先概述了高次谐波对于变压器的渗透特性。建立滤波电路谐波模型，对串联谐振频率进行了分析。对交直流系统在高谐波电压下的情况进行了分析。研究结果表明牵引网谐波会通过变压器和变流器渗透到低压侧交直流系统，使得低压侧交流系统出现电压抬升、纹波增大的情况。
关键词：高次谐波；牵引网谐波；谐波模型；交直流系统；
0. 引言
近年来，随着电气化铁路的高速发展，运行的电气化列车种类与数量都在增加，这使得牵引网含有丰富的高次谐波。通常电气化铁路牵引变电所的交直流系统的其中一路电源来自电气化铁路自身牵引网，牵引网电压受列车运行影响，谐波含量较高，对牵引变电所的交直流也存在影响。目前对交直流充电系统的影响的研究较少且不全面，缺乏进一步的整体性研究与分析。
交直流系统中交流侧包括输入变压器、滤波电感、滤波电容，这三者形成了LCL型滤波电路。本文分别对滤波电路、不控整流电路和PWM整流电路进行分析，研究了高次谐波对低压侧交流电压的影响。
1.高次谐波对变压器的渗透机理
牵引网上运行多种类型的机车，谐波成分复杂，同时这些谐波通过牵引网与充电系统的紧密耦合关系，从高压侧渗透到低压侧。牵引网中的谐波成分可以通过变压器渗透到低压侧系统中，此时如果电压谐波含量增加，就有可能导致交流供电系统不稳定，造成低压侧电压畸变。
2. 交流侧滤波电路谐振分析
以目前广泛采用的V/v变压器为例分析牵引变电所中的高次谐波渗透规律，首先应推导出基波情况下牵引侧两相等值电路和端口电压方程，再推广到高次谐波的情况。
将系统高压侧的电压和短路阻抗、V/v接线牵引变压器的绕组漏抗归算到次边，得到基波情况下的V/v牵引变压器二次侧等值电路，即牵引侧两相等值电路，如图1所示。
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图1 基本两相等值电路
其中，ZS_A、ZS_B和ZS_C为归算至牵引侧的电力系统的短路阻抗，ZT为归算至牵引侧的牵引变压器的绕组漏抗。
由图2可得基波情况下的牵引侧端口电压方程并简化：
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上述两相等值电路与端口电压方程是在基波情况下推导得到的。在式(1-2)中，Uab和Ucb为系统高压侧电压归算至牵引侧的电压，可认为是系统电压；Uα和Uβ为变电所出口处牵引网电压；Iα和Iβ为馈线电流。
因三相系统中高次谐波含量极少，相比于机车产生的高次谐波含量可忽略不计，因此假设三相系统电压不含有高次谐波，将基波情况下的两相等值电路与端口电压方程推广于高次谐波情况，得到高次谐波下的等值电路如图2所示：
图 2谐波两相等值电路
其中，h为谐波次数。Iα(h)和Iβ(h)代表谐波电流，由电力机车产生，可看做整个系统中高次谐波的来源，因此端口电压方程应用谐波电流来表达。
综上，低压三相谐波电压主要受两部分影响，一部分是牵引侧谐波电流，还有一部分是低压三相负荷中的非线性设备产生的谐波电流。
3.高次谐波对牵引变电所的影响
近年来，高次谐波引起的牵引变电所事故很多，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。现场故障图片如下：
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图3现场事故图片
通过采集现场数据，发现现场谐波畸变率最大值高达28%，95%概率值15%，远超5%的国家标准。谐波电压畸变率见图4-图6。
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由此看出，高次谐波对牵引变电所交流系统的渗透严重，造成的影响很大，需要及时采取措施。
4治理措施
由于谐波的渗透特性，牵引变电所的交流系统有可能会受到影响，引起谐振和电压抬升现象。为了牵引变电所的正常运行，可以采取以下措施对谐波进行有效去除：
1、在交流系统前增加有滤波装置或加装新型滤波器，避免高次谐波渗透进低压侧交流系统。
2、在交流系统中并联接入阻波高通滤波器，防止高次谐波进入低压侧主回路中。
5 结论
本文研究了线路谐波对牵引变电所交直流系统的影响，以及牵引网谐波渗透。通过上述分析，可以得到：
1) 牵引网侧谐波电压可通过变压器渗透到变流器交流侧，造成交流侧电压严重畸变，威胁交直流系统稳定运行。
2)需要在低压侧交流系统中增加治理装置，以改善现有的交流系统的状况。
以上案例反映出列车-线路-变电所的影响过程，在实际生产过程中，应充分考虑外部条件变化引起的系列连锁反应，注重系统运营维护的全局统筹计划。
参考文献
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