鐵道電氣化畢業(yè)論文

1、中南大學(xué)函授生畢業(yè)論文題 目：田林變電所投入串補(bǔ)后對(duì)田林211饋線的影響學(xué)生姓名：李植建指導(dǎo)老師：辜賢江專業(yè)班級(jí)：鐵道電氣化完成時(shí)間：2004年5月24日目錄第一章 摘要41引言5第二章 串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的工作原理52.1基本原理52.2主接線72.3串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的保護(hù)8第三章 田林212饋線串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置及相關(guān)設(shè)備參數(shù)103.1田林變電所內(nèi)的串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置103.2 裝設(shè)于潞城站區(qū)間的串聯(lián)電容補(bǔ)償113.3 接觸網(wǎng)類型123.4變電所所內(nèi)設(shè)備12第四章 串補(bǔ)對(duì)接觸網(wǎng)的影響134.1 裝設(shè)串補(bǔ)裝置后造成接觸網(wǎng)硬點(diǎn)產(chǎn)生，易產(chǎn)生大電流和電弧134.2 串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置可能造成諧振134.3

2、 增加了對(duì)串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的維修、管理的不方便13第五章 串補(bǔ)對(duì)牽引變電所保護(hù)裝置的影響145.1 串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置造成饋線保護(hù)裝置拒動(dòng)145.1.1牽引變電所饋線保護(hù)裝置wkh3a的工作原理145.1.2串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置造成饋線保護(hù)裝置拒動(dòng)145.2串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置造成故障測(cè)距裝置錯(cuò)誤17第六章 改進(jìn)措施176.1主接線的改進(jìn)176.2變電所保護(hù)裝置的改進(jìn)186.2.1 饋線保護(hù)改進(jìn)算法186.2.2 擴(kuò)展饋線阻抗保護(hù)的保護(hù)范圍186.2.3 使用輔助參數(shù)對(duì)故測(cè)距離進(jìn)行判斷18第七章 結(jié)論19第一章 摘 要本文通過(guò)對(duì)具有代表性的田林變電所211饋線上的串聯(lián)補(bǔ)償裝置的工作原理、主接線、控制回路

3、等進(jìn)行研究，分析串聯(lián)補(bǔ)償裝置對(duì)接觸網(wǎng)、電力機(jī)車(chē)、牽引變電所的影響，并提出通過(guò)修改串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的主接線、修改保護(hù)裝置整定值和應(yīng)用新技術(shù)等綜合措施，在保證提高接觸網(wǎng)電壓效果不變的情況下，使串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的不良影響降到最小。關(guān)鍵詞 串聯(lián)電容；提高網(wǎng)壓；綜合措施引言南昆鐵路于1997年11月30日全線開(kāi)通投入運(yùn)營(yíng)，屬于國(guó)家級(jí)電氣化鐵道干線，是西南地區(qū)貨物出海的大通道，開(kāi)通以來(lái)，運(yùn)輸?shù)呢浳锍史哆f增，客貨運(yùn)量增長(zhǎng)速度較預(yù)期快很多。隨著列車(chē)對(duì)數(shù)、運(yùn)行速度和牽引噸數(shù)的提高，使得南昆線原有的設(shè)計(jì)已不能滿足運(yùn)輸增長(zhǎng)的需要，牽引供電系統(tǒng)作為電氣化鐵路主要組成部分，隨著列車(chē)密度的增加、牽引噸位的提高，牽引供電

4、系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題就突現(xiàn)出來(lái)，成為了限制南昆線運(yùn)輸能力的主要“瓶頸”，由于南昆線地處山區(qū)、坡度大的特點(diǎn)，線上列車(chē)密度增加、牽引噸位提高后，接觸網(wǎng)網(wǎng)壓過(guò)低尤為明顯，多次造成列車(chē)坡停事故，根據(jù)存在的這一主要問(wèn)題，1999年，鐵路局進(jìn)行了南昆線牽引供電系統(tǒng)擴(kuò)能工程改造，采取了更換大容量主變壓器、載流承力索以及在饋線上增加串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置等一系列措施。改造之后，確實(shí)解決了南昆線運(yùn)能這一主要矛盾，但是由于安裝了串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，出現(xiàn)的這樣的問(wèn)題：其主要表現(xiàn)為容易燒斷接觸網(wǎng)分段處導(dǎo)線和引起分段器擊穿、影響牽引變電所饋線阻抗保護(hù)和故測(cè)儀精度、使機(jī)車(chē)承受過(guò)高電壓、增加了維修、管理的不方便等幾方面。由于這些

5、影響往往伴隨著牽引供電系統(tǒng)故障（如接觸網(wǎng)短路）的出現(xiàn)，往往被歸結(jié)為故障造成的影響，而沒(méi)有對(duì)串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置在其中發(fā)揮的作用進(jìn)行綜合分析。本文針對(duì)這些問(wèn)題并通過(guò)長(zhǎng)期在串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置運(yùn)行方面進(jìn)行研究，以比較具有代表性的田林變電所211饋線串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置為例，對(duì)串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置產(chǎn)生的影響及如何減少影響的若干問(wèn)題專門(mén)作了探討。第二章 串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的工作原理供電系統(tǒng)由于阻抗及負(fù)荷而導(dǎo)致供電電壓降低，其降低的數(shù)值稱為電壓損失。牽引系統(tǒng)的電壓損失主要由兩部分組成：牽引變電所的電壓損失和牽引網(wǎng)的電壓損失。牽引變電所的電壓損失主要為主變的繞組上的電壓降和一、二次電磁互感產(chǎn)生的能量損失，當(dāng)二次側(cè)負(fù)荷達(dá)到額

6、定時(shí)，由于電流的增大，在主變二次側(cè)繞組產(chǎn)生的壓降就更加大，隨著南昆線運(yùn)能不斷增加，牽引負(fù)荷已達(dá)到或超過(guò)的牽引主變的額定容量，因此路局在1999年的擴(kuò)能改造中，把南昆線9個(gè)變電所的主變更換到大容量、節(jié)能型變壓器，這是減少牽引變電所電壓損失的主要措施。牽引網(wǎng)的電壓損失主要受接觸網(wǎng)材質(zhì)、懸掛方式，供電臂長(zhǎng)度、列車(chē)密度的影響。當(dāng)供電臂長(zhǎng)度、接觸網(wǎng)材質(zhì)、懸掛方式一定時(shí)，牽引網(wǎng)電壓損失隨著牽引負(fù)荷的增大而增大?，F(xiàn)實(shí)中的運(yùn)量增長(zhǎng)使?fàn)恳?fù)荷的增大和電力系統(tǒng)供電電壓的不穩(wěn)定，在實(shí)際運(yùn)行中常?？赡艹霈F(xiàn)牽引網(wǎng)電壓低于電力機(jī)車(chē)最低允許電壓的情況，機(jī)車(chē)不能運(yùn)行，尤其在百色以西下行方向，由于上坡，往往造成機(jī)車(chē)坡停。2.1

7、 基本原理我國(guó)電氣化鐵道運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明，必要時(shí)在牽引變電所二次饋線上串聯(lián)電容補(bǔ)償是改善牽引網(wǎng)電壓行之有效的方法，這是由于牽引負(fù)荷造成的電壓損失主要是電感性的，所以，若在供電臂的始端或中間串入集中式電容器，就可以減少電壓損失，達(dá)到提高供電臂電壓水平的目的。為了便于分析，設(shè)牽引變電所裝設(shè)單相接線牽引變壓器，則牽引供電系統(tǒng)的等效電路如圖1.1所示。圖1.1 牽引供電系統(tǒng)等值電路圖其中，rjx為牽引網(wǎng)阻抗，xt為牽引變壓器電抗，xc為串聯(lián)補(bǔ)償電容器組電抗，i為牽引負(fù)荷電流，功率因數(shù)為cos。未投入串補(bǔ)時(shí)，牽引供電系統(tǒng)的電壓損失為 u=i rcos+( xt+x)sin (v) （11）補(bǔ)償后，牽引供電系

8、統(tǒng)的電壓損失為 u=i rcos+(xt+xxc)sin (v) （12）由式 (1-2)減式(1-1)，可得牽引負(fù)荷電流通過(guò)串聯(lián)電容器組時(shí)的電壓損失為 uc= uu=ixc sin (v) （13）串聯(lián)電容器組的補(bǔ)償作用如圖1.2所示。圖1.2 串聯(lián)電容器組的補(bǔ)償作用通過(guò)分析式（1-3）可知，由于容抗xc 的符號(hào)與感抗xt、x相反，抵消xt、x中的一部分，使得牽引網(wǎng)總的電抗值變小，由電抗造成的電壓損失也相應(yīng)減小，故牽引網(wǎng)電壓的提高。由圖可看出，裝設(shè)串聯(lián)于供電臂的電容器補(bǔ)償?shù)碾妷涸诎惭b處提高了uc值。由式（1-3）可知，牽引負(fù)荷電流i通過(guò)電容器組時(shí)產(chǎn)生的電壓損失u為負(fù)值，也表明在牽引饋線中串聯(lián)

9、電容器組之后，供電臂電壓得到補(bǔ)償，并且與饋線電流成正比。饋線電流（機(jī)車(chē)取流）越大，補(bǔ)償越多；饋線電流越小，補(bǔ)償越少；饋線電流等于0，補(bǔ)償為0（不補(bǔ)償）實(shí)現(xiàn)無(wú)慣性補(bǔ)償電壓。這正是改善供電臂電壓水平所需要的特性，亦即串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)耐怀鰞?yōu)點(diǎn)。2.2主接線串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的容抗與牽引網(wǎng)的感抗串聯(lián)，雖然能夠使?fàn)恳W(wǎng)電壓得到補(bǔ)償，但也使?fàn)恳W(wǎng)短路時(shí)回路總阻抗減小。因此，如果不對(duì)串補(bǔ)電容補(bǔ)償裝置采取必要的措施，那么牽引網(wǎng)短路電流穩(wěn)態(tài)值可能很大。當(dāng)該短路電流流經(jīng)串聯(lián)補(bǔ)償電容時(shí)，電容器上的電壓可能升高到危及極板間絕緣的數(shù)值。所以，必須針對(duì)這種情況采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，以便在串聯(lián)補(bǔ)償電容器上將要出現(xiàn)危險(xiǎn)過(guò)電壓時(shí)，能

10、夠瞬時(shí)地把串聯(lián)補(bǔ)償電容器組旁路，撤出短路電流回路。串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的主接線方式，必須滿足上述保護(hù)措施的要求；同時(shí)還必須滿足便于電容器組的投入、撤出運(yùn)行以及試驗(yàn)、維護(hù)的安全要求?？蓾M足上述要求的串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的典型主接線方式如圖2.1所示。圖2.1主要由串聯(lián)補(bǔ)償電容器組c、隔離開(kāi)關(guān)g1、g2、g3、保護(hù)間隙jx、旁路斷路器dl、阻尼電阻r、阻尼電抗器l和電流互感器lh等組成。當(dāng)串聯(lián)補(bǔ)償電容器組c撤出運(yùn)行時(shí)，g1、dl閉合，g2、g3斷開(kāi)，牽引供電臂中無(wú)串聯(lián)電容補(bǔ)償；當(dāng)投入c運(yùn)行時(shí)，g2、g3閉合，g1、dl斷開(kāi)，牽引供電臂中有串聯(lián)電容補(bǔ)償。2.3 串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的保護(hù)在串聯(lián)補(bǔ)償電容器組c投入

11、運(yùn)行的情況下，當(dāng)牽引網(wǎng)或電力機(jī)車(chē)短路時(shí)，只要電容器組的電壓升高到一定值，保護(hù)間隙jx就被擊穿，給短路電流形成一個(gè)旁路回路。如果是電力機(jī)車(chē)內(nèi)部短路，機(jī)車(chē)主斷路器跳閘后，牽引變電所饋線斷路器可能不跳閘，保護(hù)間隙的電弧將由其他電力機(jī)車(chē)的負(fù)荷電流維持，這將導(dǎo)致保護(hù)間隙故障。為避免這種情況，串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置要加裝旁路斷路器。只要保護(hù)間隙回路存在電流，該斷路器就能合閘。電容器上經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)電壓會(huì)使其壽命縮短。因此，應(yīng)適當(dāng)降低保護(hù)間隙的整定值，使它不超過(guò)3倍電容器額定電壓。保護(hù)間隙的整定電壓值也不能小于一定數(shù)值，以免擊穿次數(shù)過(guò)多，引起電容器組頻繁放電。一般取保護(hù)間隙整定電壓值不小于2.5倍電容器額定電壓。這樣

12、整定后，保護(hù)間隙將在該供電臂發(fā)生短路的第一個(gè)四分之一周期內(nèi)擊穿。此時(shí)電容器組先是被擊穿的保護(hù)間隙隨后改由合閘的旁路斷路器旁路，并被撤出短路回路。這整個(gè)與牽引網(wǎng)無(wú)串聯(lián)電容補(bǔ)償時(shí)發(fā)生短路情況幾乎沒(méi)有什么區(qū)別，短路電流也受到了限制。旁路斷路器dl是由接于保護(hù)間隙回路電流互感器lh二次測(cè)的電流繼電器常開(kāi)接點(diǎn)閉合而合閘的。為了避免損壞保護(hù)間隙，無(wú)論其回路電流數(shù)值多大，旁路斷路器都應(yīng)合閘。為了說(shuō)明阻尼電阻r和阻尼電抗器l的作用原理，將圖2.1畫(huà)成圖2.2。圖2.2其中l(wèi)1表示回路連線的分布性電感。當(dāng)保護(hù)間隙jx被擊穿時(shí)，或者當(dāng)旁路斷路器dl合閘時(shí)，電容器組c放電。在放電回路中總具有分布性電感，其值約為每米

13、導(dǎo)線1.0微亨2.5微亨。如果放電回路的總電阻大于臨界阻抗值2，則放電過(guò)程具有非周期性。如果放電回路的電阻很小，則回路的總電阻很小，電容器的介質(zhì)損失也很小，則回路的總電阻可能小于2，放電過(guò)程將是周期性的，放電電流頻率可達(dá)1khz，其峰值可達(dá)數(shù)千甚至數(shù)萬(wàn)安培，視具體參數(shù)而定。而且，放電過(guò)程衰減緩慢。這種放電電流頻率高、峰值大、衰減緩慢的放電方式，對(duì)電容器的運(yùn)行壽命是極為不利的。必須另加電阻r以到達(dá)限流作用，并盡可能將放電過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵芷谛缘?，即使不可能，也?yīng)降低放電電流頻率。如果只加電阻r，其中不僅通過(guò)電容器組c的放電電流，而且通過(guò)牽引網(wǎng)的短路電流。由此可知，通過(guò)電阻r釋放出來(lái)的能量i2r（轉(zhuǎn)換

14、為熱損失）是很可觀的。減少這個(gè)熱損失的方法有兩種：一是減少電阻r值，此時(shí)熱損失的減少與r的減少值成正比；二是減少通過(guò)電阻r的短路電流，因此，與電阻r并聯(lián)一個(gè)電抗器l，并使工頻條件下的感抗l值遠(yuǎn)小于電阻r值，通常設(shè)計(jì)成l約為r值的十分之一，甚至更小一點(diǎn)。這樣基本上屬于工頻的短路電流主要是從電抗器l通過(guò)，而電容器組c的放電電流（頻率相當(dāng)高）是從電阻r通過(guò)。無(wú)論是保護(hù)間隙被擊穿或旁路斷路器dl合閘，電容器組c的放電電流和牽引網(wǎng)的短路電流都需要r和l并聯(lián)組成的阻尼裝置。因此，r和l裝設(shè)在jx及dl的共同支路中。第三章 田林211饋線串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置及相關(guān)設(shè)備參數(shù)3.1田林變電所內(nèi)的串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置該處

15、串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置裝設(shè)在變電所內(nèi)，饋線的第一個(gè)隔離開(kāi)關(guān)以后，可以認(rèn)為其是裝設(shè)在饋線零公里處，該處公里標(biāo)為k271+370；其主接線圖如3.1圖3.1圖中c為串補(bǔ)電容，1qs為單極隔離開(kāi)關(guān)，2qs為雙極隔離開(kāi)關(guān)，fj為放電間隙，ta為電流互感器，r為阻尼電阻，l為電抗器，qf為真空斷路器。該串補(bǔ)裝置中使用的電容為無(wú)錫電力電容器廠生產(chǎn)的的電氣化鐵道專用密集式串聯(lián)電容器，規(guī)格型號(hào)為cfmh531501w，其表示該電容為浸漬苯基二甲苯基乙烷，全膜介質(zhì)的密集式串聯(lián)電容器，額定電壓為5kv，額定容量為3150kvar，單相，戶外式。其實(shí)際由兩個(gè)電容值分別為410f和406f的電容并聯(lián)而成，根據(jù)計(jì)算其在50h

16、z工頻下的容抗為3.9。其系統(tǒng)額定電壓為27.5kv，系統(tǒng)最高工作電壓為31.5kv。當(dāng)發(fā)生過(guò)電流時(shí) ，能在含3次諧波0.2i、5次諧波0.01i、7次諧波0.06i的負(fù)荷電流下長(zhǎng)期運(yùn)行，并能在下列條件下反復(fù)運(yùn)行：1、1.35i每6h期間運(yùn)行31分；2、1.50i每2h期間運(yùn)行11分；3、1.60i運(yùn)行1h，在電容器整個(gè)使用期間內(nèi)不得超過(guò)10次。當(dāng)發(fā)生鍋電壓時(shí)，能在下列條件下反復(fù)運(yùn)行：1.25u下連續(xù)運(yùn)行1h；2、1.50u下運(yùn)行1h，在電容器整個(gè)使用期間內(nèi)不得超過(guò)30次；3、6.0u內(nèi)工頻電壓，歷時(shí)0.1s，不得超過(guò)30次；4、過(guò)渡電壓不大于3.5u，歷時(shí)0.20.5s次數(shù)不限量。過(guò)負(fù)荷在任

17、何24h使用期間，電容器的平均輸出不超過(guò)1.2u。放電間隙為鄭州鐵路局西安勘測(cè)設(shè)計(jì)院的可觸發(fā)保護(hù)間隙裝置，其型號(hào)為kpj3-27.5型。該保護(hù)間隙是一種可觸發(fā)保護(hù)間隙，是以傳統(tǒng)的單純水花間隙為雛形，結(jié)合近年電子技術(shù)、新材料方面的進(jìn)步，研制、開(kāi)發(fā)的新一代串補(bǔ)電容補(bǔ)償過(guò)電壓保護(hù)裝置，其可靠性和靈敏度可滿足不同參數(shù)系統(tǒng)的特定要求。其工作原理當(dāng)被保護(hù)設(shè)備因外部短路而倒至過(guò)電壓時(shí)，該過(guò)電壓加至接入保護(hù)間隙的接線位置，電壓互感器的二次輸出成比例也反映了過(guò)電壓情況，一旦過(guò)電壓達(dá)到額定值，觸發(fā)元件啟動(dòng)，經(jīng)不大于10ms的線路固有延時(shí)后，輸出不小于10kv的高壓連續(xù)觸發(fā)脈動(dòng)，使可調(diào)輔助球極觸發(fā)電極之間的氣隙瞬時(shí)

18、擊穿，在外通過(guò)電壓及觸發(fā)有效雙重具備的情況下，電弧無(wú)延時(shí)的發(fā)展到主球極與可調(diào)輔助球極之間的氣隙，保護(hù)裝置進(jìn)入工作狀態(tài)。隨后，電弧在電磁力及間上下吹動(dòng)力的共同作業(yè)下，過(guò)渡到可調(diào)主球極和主球極之間穩(wěn)定燃燒，直到通過(guò)保護(hù)裝置的電流消失。其缺點(diǎn)是電極可小幅度移動(dòng)，設(shè)備在運(yùn)送因碰撞或人員進(jìn)行維護(hù)時(shí)會(huì)使電極相對(duì)位置出現(xiàn)差錯(cuò)，影響球極間的距離，從而倒至設(shè)備故障時(shí)不能正常運(yùn)行或滅弧效果不好，故這方面有待改善。另外，為適應(yīng)遠(yuǎn)程操作，連接饋線與串補(bǔ)的單、雙極隔離開(kāi)關(guān)應(yīng)由原來(lái)的手動(dòng)操作改造成電動(dòng)型。3.2 裝設(shè)于潞城站區(qū)間的串聯(lián)電容補(bǔ)償該處串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置裝設(shè)在潞城站南寧方向的進(jìn)站信號(hào)機(jī)外側(cè)，該處公里標(biāo)為k293+

19、195，即距離變電所21.425km其主接線圖如3.3圖3.3 潞城站區(qū)間的串聯(lián)電容補(bǔ)償主接線圖該串補(bǔ)裝置與田林變電所內(nèi)串補(bǔ)裝置除有以下不同外，其余完全相同。電容型號(hào)為cfmh4-1920-1w，額定電壓為3kv，額定容量為1920kvar，容量為391f，根據(jù)計(jì)算其在50hz工頻下的容抗為8.35。由于該補(bǔ)償裝置處于線路中，無(wú)法解決操作電源問(wèn)題，故設(shè)與放電間隙fj并聯(lián)的接觸器c，c的線圈串入ta回路，即放電間隙一旦擊穿，c立即動(dòng)作，短接fj兩端。而qf雖然沒(méi)有作用，但仍然保留，待今后解決電源時(shí)使用。該串補(bǔ)裝置無(wú)控制回路。3.3 接觸網(wǎng)類型田林變電所211饋線全長(zhǎng)為31.18km，接觸網(wǎng)采用的

20、是單線全補(bǔ)償鏈型懸掛方式，接觸線采用的型號(hào)為tcg-110，承力索采用型號(hào)為tj-95，由已知的條件，根據(jù)計(jì)算公式：z=z1-z212/z2,可得出其單位阻抗值為0.21j0.429。3.4變電所所內(nèi)設(shè)備田林變電所主變壓器型號(hào)為sf3-qy-25000/110gy，容量為25000kva，接線組別為yn/d11；所內(nèi)采用wkh-3a微機(jī)饋線保護(hù)裝置，主cpu為8088，另設(shè)一塊8031cpu負(fù)責(zé)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，算法為全波傅氏算法。整套保護(hù)設(shè)有阻抗i、ii段和電流速斷三種保護(hù)，其中阻抗保護(hù)的保護(hù)特性為帶防壓互斷線誤動(dòng)的平行四邊型保護(hù)范圍。饋線故障測(cè)距裝置采用jcw1微機(jī)故障測(cè)距裝置型，采用突變量啟

21、動(dòng)，全波傅氏算法，以電抗距離關(guān)系計(jì)算故障距離。第四章 串補(bǔ)對(duì)接觸網(wǎng)的影響4.1 裝設(shè)串補(bǔ)裝置后造成接觸網(wǎng)硬點(diǎn)產(chǎn)生，易產(chǎn)生大電流和電弧由串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的工作原理可知，當(dāng)有電流通過(guò)串聯(lián)補(bǔ)償電容時(shí)，電容器兩極之間必然會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓差uc，其大小在電容容量已經(jīng)固定的情況下與通過(guò)電容的電流大小成正比，在田林變211饋線中裝設(shè)的兩組串補(bǔ)裝置里，潞城站區(qū)間裝設(shè)的串聯(lián)電容補(bǔ)償是串接于接觸線中，使用絕緣分段器將兩端接觸線連接起來(lái)，當(dāng)電力機(jī)車(chē)受電弓以高速通過(guò)隔離電容兩端的接觸網(wǎng)分段器時(shí)，將會(huì)瞬時(shí)的短接電容兩端，由于電容兩端的電壓不能突變，產(chǎn)生的短路電流很大，將損壞電容器組，同時(shí)，由于機(jī)車(chē)受電弓帶負(fù)荷快速通過(guò)分段

22、絕緣器時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生很大的電弧，必然會(huì)使分段器擊穿，形成放電回路，由于放電回路的電阻和電抗都很?。ㄓ蓴?shù)十米饋電線和接觸網(wǎng)產(chǎn)生的阻抗與集中電容相比太小），放電電流將非常大，最高可達(dá)數(shù)千安，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)接觸網(wǎng)短路時(shí)的短路電流。雖然串聯(lián)電容放電的時(shí)間很短，但在多次放電后放電回路中的薄弱環(huán)節(jié)（如線夾）會(huì)出現(xiàn)氧化、接觸不良等現(xiàn)象。分段器斷口處經(jīng)常出現(xiàn)電弧也會(huì)造成分段器絕緣降低，壽命減少。4.2 串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置可能造成諧振在串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置之前，饋線等效電路為電抗電阻串聯(lián)回路，該電抗主要表現(xiàn)為感性阻抗，當(dāng)裝設(shè)了串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置之后，變成了電抗電容電阻串聯(lián)等效電路，在xl-xc-r串聯(lián)回路里，由電路原理可知，當(dāng)

23、感抗等于容抗（即xl=xc）的條件滿足時(shí)，該電路就會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振。在產(chǎn)生串聯(lián)諧振時(shí)，電源電壓將全部加在（即牽引變接觸網(wǎng)電力機(jī)車(chē)軌道）電阻上，由于牽引變壓器和牽引網(wǎng)電阻很小，產(chǎn)生的純電阻電流將是很大，該電流足以使變電所保護(hù)電流速斷動(dòng)作，中斷饋線供電，造成鐵路運(yùn)輸癱瘓。以田林變電所211饋線為例，在饋線長(zhǎng)度為7.39km處，容抗等于感抗，若在此處發(fā)生短路時(shí)，就會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振，同樣的點(diǎn)還出現(xiàn)在28.36km處。根據(jù)電路原理，電容兩端電壓為xc/r倍的電源電壓，電感兩端電壓為xl/r倍的電源電壓，而接觸網(wǎng)的電感電抗和電容電抗大于相應(yīng)的電阻，田林變電所211饋線為例，電感電抗是電阻的0.429/0.21

24、2倍。即電容兩端出現(xiàn)的電壓為電源電壓的2倍，如此高的電壓必然造成變電設(shè)備、接觸網(wǎng)絕緣擊穿，設(shè)備損壞。4.3 增加了對(duì)串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的維修、管理的不方便串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的投入使用，可減少的電壓的損失，但是增加了維護(hù)工作量，串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置主要設(shè)置在百色以西鐵路爬坡地段，串接入接觸網(wǎng)的電容補(bǔ)償裝置主要都在交通不便的小站，對(duì)裝置的維護(hù)管理有一定的難度，補(bǔ)償裝置在運(yùn)行使用中，如果機(jī)車(chē)在斷口分段器處不采取斷電通過(guò)時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)短接電容器，短路電流燒毀電容器的現(xiàn)象，同時(shí)，由于在中間站裝設(shè)的串補(bǔ)裝置無(wú)操作電源，就會(huì)造成退出串補(bǔ)裝置時(shí)，必須要人到現(xiàn)場(chǎng)人為合上1qs開(kāi)關(guān)，而當(dāng)串補(bǔ)發(fā)生故障，人員不能及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)

25、時(shí)，這時(shí)接于電容器后面一段接觸網(wǎng)就會(huì)造成無(wú)電狀態(tài)，造成行車(chē)事故，另外由于在接觸網(wǎng)中接入一個(gè)分段器，機(jī)車(chē)帶負(fù)荷通過(guò)時(shí)，也會(huì)使分段器絕緣老化，增加了維修工作量。第五章 串補(bǔ)對(duì)牽引變電所保護(hù)裝置的影響5.1串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置造成饋線保護(hù)裝置拒動(dòng)5.1.1牽引變電所饋線保護(hù)裝置wkh3a的工作原理該裝置采用瞬時(shí)電流作啟動(dòng)元件，當(dāng)饋線中的電流瞬時(shí)值大于其啟動(dòng)電流整定值時(shí)，裝置立即啟動(dòng)饋線的故障分析程序，當(dāng)線路有故障時(shí)，裝置還將進(jìn)行其測(cè)距計(jì)算。當(dāng)饋線電流的有效值大于其電流速斷整定值時(shí)，裝置立即執(zhí)行其電流速斷的保護(hù)。本保護(hù)采用遞歸的付氏算法計(jì)算電阻、電抗。阻抗元件采用組合偏移四邊形動(dòng)作特性，及pt斷線閉鎖特性

26、。遞歸的付氏算法的計(jì)算公式為：isk=is（k-1）+ik-i（1-13）sin（k*2/n）ick=ic（k-1）+ik-i（1-13）cos（k*2/n）其中isk、ick分別為第一次的電流（或電壓）的實(shí)部與虛部，ik為第k次的電流（或電壓）的瞬時(shí)采樣值，k為采樣的時(shí)刻數(shù)，n為每周期的采樣點(diǎn)數(shù)。z=r+jx=（is*ud+ic*uc）/（is2+ic2）+j（is*uc-ic*us）（is2-ic2）5.1.2串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置造成饋線保護(hù)裝置拒動(dòng)wkh-3a饋線保護(hù)裝置的阻抗保護(hù)主要依據(jù)接觸網(wǎng)阻抗值來(lái)判斷選擇保護(hù)裝置是否應(yīng)該動(dòng)作，其保護(hù)原理主要根據(jù)發(fā)生故障時(shí)，計(jì)算從故障地點(diǎn)到保護(hù)裝置安裝地

27、點(diǎn)之間的阻抗值來(lái)進(jìn)行分析判斷保護(hù)的。南昆線牽引供電系統(tǒng)原先設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)角度主要考慮的是牽引網(wǎng)呈電感性阻抗電阻串聯(lián)回路的情況，沒(méi)有根據(jù)南昆線運(yùn)輸情況、地理位置考慮到牽引網(wǎng)壓的損失。當(dāng)1999年南昆線擴(kuò)能改造增加了串補(bǔ)裝置之后，因?yàn)榇嬖诖a(bǔ)電容，在原有牽引供電網(wǎng)呈電感性阻抗電阻串聯(lián)回路中接入了容性阻抗，形成了感性阻抗-容性阻抗-電阻回路，這時(shí)wkh3a饋線保護(hù)裝置輸入保護(hù)整定參數(shù)沒(méi)有改變，但是外部參數(shù)已經(jīng)發(fā)生變化，以致造成保護(hù)動(dòng)作的不準(zhǔn)確，故其對(duì)有串聯(lián)電容的線路保護(hù)存在很多盲點(diǎn)。以田林211饋線為例，沒(méi)有串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置投入前，饋線的電抗線路長(zhǎng)度基本成如圖5.1所示的情況。圖5.1 211饋線的電

28、抗線路長(zhǎng)度圖5.1所示的電抗與距離的關(guān)系有以下特點(diǎn)：（1）電抗與距離成正比；（2）電抗在線路末端達(dá)到最大；（3）短路點(diǎn)發(fā)生在線路首端時(shí)，短路為電流最大，發(fā)生在線路末端時(shí)，短路電流最小。以上三點(diǎn)就是田林所原先211饋線wkh-3a型饋線保護(hù)裝置和故測(cè)儀工作的基礎(chǔ)，饋線保護(hù)裝置的整定計(jì)算參數(shù)和故測(cè)儀的距離表整定都是適應(yīng)以上特點(diǎn)的。當(dāng)串補(bǔ)投入后，田林所211饋線在饋線首端和21.145km處分別串入了容抗為3.9和8.35的集中式電容補(bǔ)償，由于電容的容性電抗與牽引網(wǎng)的感性電抗在相位上方向是相反的，故在座標(biāo)軸上計(jì)為負(fù)值，在計(jì)算時(shí)容性電抗抵消感性電抗的一部分。裝設(shè)串補(bǔ)裝置后的電抗線路長(zhǎng)度關(guān)系如圖5.2所

29、示圖5.2由圖5.2可以看出，由于串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置的集中補(bǔ)償電容的作用，原先呈正比關(guān)系的電抗與線路長(zhǎng)度關(guān)系變成了分段函數(shù)，并出現(xiàn)負(fù)值的電抗，這時(shí)的電抗關(guān)系有以下特點(diǎn)：（1）電抗與線路長(zhǎng)度的關(guān)系為分段函數(shù)；（2）電抗最大值不在線路末端；（3）當(dāng)電抗過(guò)零點(diǎn)1處出現(xiàn)短路時(shí)電流最大，當(dāng)區(qū)間串補(bǔ)首端出現(xiàn)短路時(shí)電流最?。粀kh-3a型微機(jī)饋線保護(hù)裝置的阻抗保護(hù)是依據(jù)圖5.1的特性進(jìn)行設(shè)計(jì)的，當(dāng)裝設(shè)了串補(bǔ)電容裝置之后，其線路特性變成了圖5.2時(shí)，根據(jù)原有的保護(hù)整定，保護(hù)裝置存在以下幾點(diǎn)不足：（1）保護(hù)裝置無(wú)法保護(hù)電抗值為負(fù)的這一段線路，當(dāng)在這一段線路發(fā)生短路時(shí)，相應(yīng)的阻抗保護(hù)可能會(huì)拒動(dòng)。因?yàn)榇a(bǔ)電容的容抗抵

30、消了部分線路產(chǎn)生的感抗，使當(dāng)牽引供電線路發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)裝置測(cè)量出的阻抗角變小，很接近正常電力機(jī)車(chē)負(fù)荷電流的阻抗角，造成饋線保護(hù)裝置將短路電流當(dāng)成機(jī)車(chē)取流的負(fù)荷電流而產(chǎn)生拒動(dòng)現(xiàn)象，從而產(chǎn)生事故擴(kuò)大化。（2）若短路電流足夠大，使串補(bǔ)電容兩端的電壓達(dá)到放電間隙動(dòng)作的整定值，則放電間隙在發(fā)生短路的第一個(gè)四分之一周期內(nèi)擊穿，這樣使在短路的一個(gè)周期內(nèi)整個(gè)故障回路有兩種不同的阻抗值，一種是串補(bǔ)電容投入的阻抗，一種是串補(bǔ)電容沒(méi)有投入的阻抗，而饋線保護(hù)裝置采用的是全波傅氏算法是基于假設(shè)輸入信號(hào)為一周期性的函數(shù)信號(hào)，即輸入信號(hào)除基頻分量外，只包含恒定的直流分量和各種整次諧波分量，其必須要對(duì)短路后一個(gè)周期內(nèi)的波形

31、進(jìn)行采樣。一個(gè)前四分之一周期對(duì)應(yīng)一種阻抗，另外四分之三周期對(duì)應(yīng)另外一種阻抗值的波形必然造成使用全波傅氏算法的饋線保護(hù)的計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。5.2串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置造成故障測(cè)距裝置錯(cuò)誤如前所述，由于放電間隙可能在短路后四分之一周期內(nèi)擊穿，因此對(duì)采用全波傅氏算法的故測(cè)儀也會(huì)產(chǎn)生影響，使其精度產(chǎn)生較大誤差。另外由于故測(cè)儀計(jì)算故障距離是以電抗距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系為基礎(chǔ)的，故障發(fā)生時(shí)的阻抗值隨著故障發(fā)生的地點(diǎn)變化而變化，并且原來(lái)設(shè)計(jì)時(shí)根本沒(méi)有考慮電抗為負(fù)值（即電抗為容性時(shí)）的情況，不允許整定負(fù)值參數(shù)，因此無(wú)法對(duì)圖5.2中電抗為負(fù)的部分進(jìn)行測(cè)距。此外電抗距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系被破壞，如圖5.1所示，在沒(méi)有串聯(lián)補(bǔ)償裝置

32、的投入的情況下，整條饋線距離上的每一個(gè)點(diǎn)都有其對(duì)應(yīng)的唯一的電抗，但如圖5.3所示，串聯(lián)補(bǔ)償裝置的投入的情況下，整條饋線距離上的一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電抗可能和其它點(diǎn)相同。圖5.3如圖5.3所示，當(dāng)串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置投入時(shí)其線路末端電抗與線路11.9km處a點(diǎn)的電抗相同，都為1.21；區(qū)間串補(bǔ)末端的電抗與7.39km處b點(diǎn)的電抗相同，都為3.17。這樣在同一故障參數(shù)下可能對(duì)應(yīng)兩個(gè)不同的故障點(diǎn)，故測(cè)儀無(wú)法給出正確的判斷。第六章 改進(jìn)措施6.1主接線的改進(jìn)區(qū)間裝設(shè)串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置目前是使用一個(gè)分段絕緣器將電容兩極隔開(kāi)，由于一個(gè)分段絕緣器兩極之間絕緣距離較短，機(jī)車(chē)受電弓高速通過(guò)時(shí)會(huì)出現(xiàn)拉弧會(huì)使絕緣器絕緣性能逐漸下降，減短使用壽命。改進(jìn)方法為，在接段絕緣器兩側(cè)設(shè)電力機(jī)車(chē)斷電標(biāo)，使電力機(jī)車(chē)斷電滑過(guò)串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置斷口，或是將分段絕緣器改成分相絕緣器（采用三個(gè)分段絕緣器），即可防止出現(xiàn)受電弓同時(shí)短接串聯(lián)電容兩端的情況。對(duì)區(qū)間裝設(shè)的串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置從車(chē)站接入電源，安裝遠(yuǎn)動(dòng)控制設(shè)備，對(duì)qf1或qs1實(shí)行調(diào)度遠(yuǎn)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離投入或切除，保證不間斷鐵路運(yùn)輸。6.2變電所保護(hù)裝置的改進(jìn)6.2.1 饋線保護(hù)改進(jìn)算法饋線保護(hù)裝置可以改