赵建军
大秦铁路股份有限公司大同西供电段
摘要：本文针对迁曹线频繁发生谐振过电压，造成接触网避雷器、SS4机车开关柜吸收电阻烧损，HXD2型电力机车避雷器击穿、HXD1型电力机车主断路器跳闸、主逆封锁等严重影响正常运输秩序的问题，进行了研究。主要是对迁曹线供电质量，HXD1、HXD2型电力机车的电气特性，SS4机车RC支路特性和避雷器在谐波作用下的特性进行了研究，通过研究找到了迁曹线谐振过电压、SS4机车开关柜吸收电阻烧损和避雷器烧损、炸裂的原因，制定了针对性的解决方案。通过实施，降低了接触网高次谐波含量，解决了迁曹线谐振过电压和SS4机车开关柜吸收电阻烧损的问题，同时也为今后牵引供电系统预防和治理高次谐波谐振提供一种思路。
关键词：重载铁路 高次谐波谐振 谐振源 谐波抑制 电路模型 谐振分析 探索
1前言
随着重载铁路技术的不断发展，HXD型机车因其功率因数高（可以达到0.99以上），工作效率高，越来越受到重用，成为了重载铁路主要牵引车型。而随着HXD型机车不断投入使用，接触网电压波动也越来越严重。
我段管内迁曹线、大同站、五寨站多次发生谐振过电压，烧损北京局管内和我局管内接触网避雷器多台，更严重的是造成多台SS4型电力机车车顶的功补柜上部压敏电阻过热烧损，和谐1、和谐2型电力机车主断路器闭锁保护频繁启动，严重影响正常运输秩序。因此急需对谐振源以及谐振对供电设备的危害进行研究。
2高次谐波谐振产生的原因
2.1 理论分析简化谐振频率公式
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（2）运行在网压条件较好的大同至茶坞区段， RC支路电流有效值保持在1.8A至4.5A，流经电阻和电容的电流均小于其额定电流。而运行在网压畸变较严重的的唐海至工业站区段时RC支路电流绝大多数时间运行在电阻额定电流（19.67A）左右，最大达到了24A左右，已超过了电阻的额定电流。
（3）在列车停靠在工业站车站后，分别检测了A、B两车RC支路电阻的温度，最高电阻温度为150℃。
通过现场测试、理论研究、分析，认为迁曹线谐振过电压是和谐机车在运行中再生制动产生的谐波电流与正常负荷电流叠加后产生电流源性的谐振过电压。而重载铁路谐振多发生在站场枢纽，总架空导线长，谐振频率偏低（例如17、19次）。
SS4型电力机车开关柜吸收电阻烧损的原因是谐波电压持续作用所产生的热量积聚到一定程度导致电阻过热。
4应对措施
4.1高次谐波抑制
对于高频高次谐波，可以利用高次谐波滤波装置。
通过分析，制定了在曹北分区所兼开闭所增加高次谐波滤波装置的方案，滤出高频高次谐波，从而避免谐波影响供电系统，减少发生谐振和系统故障的几率。
4.2优化SS4机车RC支路
4.2.1 理论分析
RC电气支路阻抗计算公式如下：
由公式可知：RC支路电阻、电容的参数决定了支路不同频率下的阻抗。RC电气支路阻抗是随着频率变化而变化的，随着工作频率升高，阻抗中的容抗部分逐渐减小，到10kHz以上，电阻占主导地位。也就是说，要想解决电阻过热导致融化的问题，就得适当增大电阻，减小电容。
4.2.2优化方案
对部分SS4型电力机车的RC支路进行改造进行试验。
通过计算电阻由原先的3.1Ω，改造为12Ω，电容由原先的18μF，改造为6μF。
2018年6月8日－6月10日对改造后SS4型电力机车进行了测试，测试区段为谐波含量较多的唐海至曹妃甸工业区区段，测试发现不再出现电阻过热导致融化的问题。
5结束语
通过研究和采取了针对性措施，迁曹线高次谐波过电压明显降低，治理效果显著。
但因本探索分析研究，只是基于对迁曹线部分区段和一台HXD1和一台HXD2进行了测试，测试数据少，不能代表普遍性，仅希望对牵引供电系统谐振及其预防和治理工作提供一个参考。
下一步建议：
（1）积累测试数据，对重载铁路高次谐波谐振进行深化研究；
（2）本着“谁污染谁治理”的原则，建议由谐波源产生的部门加强治理，减少电力机车输送到接触网的谐波含量。
源头（电力机车）治理的优点：
1）源头治理可减少再生制动反送到接触网的谐波含量，减少谐振过电压现象的发生，避免了接触网零配件受过电压的冲击，延长使用寿命。
2）可减少再生制动反送到接触网的谐波含量，也减少反送到电力系统的谐波含量，减少污染电力系统。
3）电力机车电压等级低，元器件体积小，费用低；
4）谐波治理功率小，元器件简单。
作者简介：赵建军 ，大秦铁路股份有限公司大同西供电段，高级工程师
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