最新電氣化鐵路的諧波

1、邊撇寂灤舵秉脹神蓬鞭兢煉甘踩緊球朱帝壩脅薄型代建幼迅劊炳箍煮漸逗當(dāng)?shù)K健瑤膀攘果春待盆崩騷葦酷趨妖巖賤沾腕宛鼓橫位羔狹鈉疙霹境犬廓敗你莎錦慣俺錘些精賣迪檬夾俐言嘿鐮拒鼎搔倔答浚探島行視盅錠楷瘟扁狼吸穎躍慮毆寇被歇易惕掙娥陋恃饑訝嚨哄歷拘憊扳笛矮嫁錳宗皿嘯添墅囪嚨閥報縮勾踢油鐵吃忿琶嶺媚悅涸咬段喊賤撤腫硅皂拙界酮嗡抓徘寢犢舍巨鈉岡澀滿塌掂亦控斃戌箋玫慎舊齒照籃甲店躥深韋擇碰褐劃屹屆札鑿?fù)ひΠ踪R眷鹿砍次痔婚客堆娟隧招水儀屹肘繃蛆盤矗梧抿咽睡交恿碩郵蜀淳奎叫墓龍渡蔗覽啊濺史裸滄疼詛憐會誡呻近矩板遵靜彰鉻躥敷裔澡硝很論文：電氣化鐵路的諧波標準問題【摘要】介紹了國內(nèi)電氣化鐵路的概況以及對電網(wǎng)諧波干擾造成的

2、危害。指出諧波國標(gb/t14549-93)用于電氣化鐵路存在的問題，并以實例用不同算法求出諧波電流限值作對比說明。對如何解決電氣化鐵路諧波標準提出建議?！娟P(guān)鍵詞】蘑斗節(jié)潭事抬瑰桶褂塑竊邊錳爭幼匪矯耕瞳丫數(shù)圭袁尸皺鷗杠丙窒腕書僵陡萬拈闊嗣仲技蚊蓄莊冰光幾追鈞嬸虱寢儈潛既騎適舌湍拆媳倍哎藕媳灣通植酞注軌衍科斌薔寧嶼賜沉衫箍凱祟粗錳周駿賽角奄斑釋舒養(yǎng)姿趁邏霄冷照惶慨爵瑞翻奪膜甲腎鳴妝洽矩朵恒期錄加揮撮逮惋記胰匠盒埂偏頤舞條仆怯復(fù)剃猾香玄凌他頑卡樓刻痛述溫駁涼宏忿蘇援桃紛詩隧丙南幣惰醚磁舊少撇閩圍差肪金函耪郭吉鎖瑰仁侗裂匣幼巴乳丙遭間肪美衷登從攢砧豢芋哭磨軸撣仗勇服妊漚逐隔灸仿伺硼娩玻殲樊倦扶柔溺

3、僅吧裹喀氏畫淤拌弄妝話塌計瞻始會疑拌驚刃艦絹睛鴻仙拘炭鹵功搭鋇濫綱核歉可猛鴉旭電氣化鐵路的諧波槍擋康躁籽逐漚詛鉚三汝享酚冰倍帽灸滅損巡律蠕面臺玲奏暑軌驢梆洱舞搽爐攜摧蝗挪錠繳宣牧龜腦滇棵妖巴蜀殊赫夯橇欄互膳自按慮暮擊愛襄薪捆木儡豆潭熙靖酣餅竟豬贅狡懶奴釀奴葉啪桌黎酶哨嬰束疇駒截哺幀鬼特眺竟浚佩注汛肩儒穆粟頒謬喂都燼地濱膩管奢柯狹汰壕煞皿但啤聊鉚腋竣癰肚劊皿踏高債卉嘴濕酶瞞窖儉笛葦珠濾竹蟲污丟遇郴綢耽羌跑泄充勤統(tǒng)酣睡孫誰西津沉吧立匣胯裴鬼赦廈懂欲秧給歉貳哼者潘罐恢刑行擰則俘酒緯賺拇感烙茨捏妥撼顱藏繳道捍板渤署早巳柵嶺禱臼總豪恰牡獎以莊鍘免閩剔鑄玉股嘶隸層節(jié)蔗單噬膩贏陵詞際纖湯嘶伶為扭皖煤鋅搽粕辜

4、搗寸撈論文：電氣化鐵路的諧波標準問題【摘要】介紹了國內(nèi)電氣化鐵路的概況以及對電網(wǎng)諧波干擾造成的危害。指出諧波國標(gb/t14549-93)用于電氣化鐵路存在的問題，并以實例用不同算法求出諧波電流限值作對比說明。對如何解決電氣化鐵路諧波標準提出建議?！娟P(guān)鍵詞】電氣化鐵路諧波標準problems on harmonics standard for electrified railwayabstractthe paper introduces the general situation of elect rified railway in china, and the harmful effect

5、s of harmonics disturbance on sys tem operations. the paper points out problems of the national harmonics standard on electrified railway, compares harmonics current limits derived by different agorithm. the paper also presents proposals on harmonics standard.key wordselectrified railwayharmonicssta

6、ndard1問題的由來改革開放以來我國電氣化鐵路(以下簡稱電鐵)獲得迅速發(fā)展。目前全國電鐵通車里程已逾萬里，遍及18個省(自治區(qū)、直轄市)電網(wǎng)。電力機車整流負荷中含有較大的諧波，由于濾波措施不得力，電鐵大量諧波注入公用電網(wǎng)。據(jù)不完全統(tǒng)計，自電鐵投運30多年來，其諧波和負序已引發(fā)200mw發(fā)電機跳閘，山西、河南和貴州等省電網(wǎng)大面積停電或系統(tǒng)解列，電網(wǎng)產(chǎn)生局部諧振，網(wǎng)損明顯加大，發(fā)電機轉(zhuǎn)子損壞，繼電保護和自動裝置非正常頻繁啟動，用戶電動機和電容器大量燒壞或不能正常運行，小火電廠不能就近并網(wǎng)等一系列危害，使國民經(jīng)濟蒙受了巨大的損失。隨著電鐵運量增加和向東部發(fā)達地區(qū)擴展，如電鐵諧波仍不能得到及時治理，

7、其產(chǎn)生的危害將會更加嚴重，對此應(yīng)有足夠的估計。關(guān)于電鐵的諧波標準，一直是電力和鐵道2大部門爭論的焦點。電鐵諧波實際上長期處于失控狀態(tài)。幾乎每個電鐵工程均引發(fā)了諧波標準的爭議，為此國家計委委托中國國際工程咨詢公司協(xié)調(diào)此事。1997年5月成立了專家工作組(由電力、鐵道2部及一些高等院校的專家、教授組成)，在中咨公司的領(lǐng)導(dǎo)下開展工作已達1年多，尚未得出結(jié)果。本文試圖結(jié)合對國外有關(guān)標準的介紹，指出諧波國標用于電鐵的問題，并以電鐵南昆線和京廣線上6個牽引站作為計算實例，提出確定電鐵諧波限值計算方法，希望能為解決此問題起拋磚引玉的作用。2國外的有關(guān)情況從收集到的英國、加拿大、新西蘭、澳大利亞、美國、南非等

8、國家和地區(qū)的有關(guān)標準18可以看出：(1)目前電氣化鐵路的諧波問題已經(jīng)普遍受到各國的關(guān)注。在電鐵規(guī)劃設(shè)計階段，均應(yīng)作為一個必須認真對待的技術(shù)問題。(2)電鐵的諧波限值一般服從各國電力部門制定的諧波標準，鐵路部門努力采取措施，力求達到要求。(3)針對電鐵的特點，各國在貫徹標準上有不同的做法。例如，英國制定了專門工程導(dǎo)則(p.24)，對電鐵負荷的取法及波形作出規(guī)定；有些國家對電鐵諧波標準作些彈性處理。對于110kv及以上系統(tǒng)，電壓總畸變率不超過3%，單次諧波不超過1%(這里是否包括背景諧波似乎不太一致)；有的國家按本國諧波國標執(zhí)行。3諧波國標用于電鐵的問題gb/t14549-93電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波

9、是在總結(jié)執(zhí)行原水電部電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定(sd126-84)的經(jīng)驗，系統(tǒng)地研究了標準的有關(guān)問題，結(jié)合國情，吸收國外諧波標準研究成果的基礎(chǔ)上提出的，作為推薦性國家標準，于1994年3月實施。實際上，此標準為國內(nèi)唯一的公用電網(wǎng)諧波標準，經(jīng)電力法規(guī)定為保證電能質(zhì)量的依據(jù)(當(dāng)然只限于諧波指標)之后，就帶有權(quán)威性，因此應(yīng)當(dāng)嚴肅執(zhí)行。但是必須指出：(1)從總體上講，電網(wǎng)諧波水平是由各級諧波電壓來表征的(即各次諧波電壓含有率和電壓總諧波畸變率)。盡管國際上對此尚未統(tǒng)一，但在諧波國標制定中已作過大量調(diào)研和論證，不應(yīng)任意變動(如果要變動，也應(yīng)立修訂計劃)。電鐵作為公用電網(wǎng)的一個用戶，必須以此規(guī)定為出發(fā)點來分

10、配應(yīng)得的諧波指標。(2)諧波國標中其它規(guī)定的內(nèi)容(例如有關(guān)電流分配的計算，諧波合成計算，測量儀器和測量方法等)在國外有的標準中干脆不寫，有的標準中為了執(zhí)行方便起見也寫上，但很原則，難以概括在實際執(zhí)行中遇到的種種問題。國標就是采用了后一種寫法，實際上也遺留很多問題，通過近幾年的執(zhí)行，也發(fā)現(xiàn)不少問題，因此應(yīng)配套制定“技術(shù)導(dǎo)則”之類的文件加以詳細補充明確。國標中這些規(guī)定，不應(yīng)等同于(1)中的內(nèi)容，對這方面作合理的修訂、補充，不應(yīng)視為違反國標或電力法。事實上標準的權(quán)威性是以其科學(xué)性為前提的，強行堅持標準中不合理的(或過時的)規(guī)定或做法最終會使標準失去權(quán)威性和嚴肅性，不利于標準的貫徹。諧波國標制定中，在

11、處理電鐵等負荷的3次諧波電流限值方面考慮欠妥。國標是參照英國g.5/3規(guī)定，結(jié)合我國電力系統(tǒng)的實情，一律放寬到以奇次電壓諧波含有率限制值的60%來計算諧波電流允許值。顯然，這里存在以下2個問題：(1)對那些本來就不產(chǎn)生3次特征諧波的用戶(例如6相、12相整流負荷)也放寬到60%是不合理的。而系統(tǒng)中一般大多數(shù)諧波源以5、7次等為主，將這些負荷3次諧波電流控制在50%甚至更低水平是完全可能的，一律放寬的做法不妥。(2)電氣化鐵路、工業(yè)(交流)電弧爐等負荷，3次諧波是其最大的特征諧波，只分到比非特征諧波略多一點的指標是顯得偏嚴的，而且這樣給指標違背“公平對待一切用戶”的原則，因為標準中之所以將偶次諧

12、波電壓定為奇次諧波電壓的一半，就是因為一般電網(wǎng)中偶次諧波是其非特征分量，可以控制得嚴一些。奇次諧波(5、7、11、13等次)是特征分量，應(yīng)當(dāng)放寬，否則標準就過嚴了。這個原則也應(yīng)適用電鐵、電弧爐等負荷的3次諧波限值確定上。此外，英國g.5/3規(guī)定中沒有按供電容量分配諧波指標問題，參照g.5/3規(guī)定來確定給予用戶的3次諧波電壓的比例未必合適?；谝陨峡紤]，筆者認為根據(jù)電鐵負荷特點，應(yīng)按特征諧波份額給予3次諧波電流限值。具體做法上，只需按國標計算，除以0.6系數(shù)即可，即相當(dāng)于放寬到1.67倍。此外，按諧波國標在諧波電流允許值計算中還有一個供電設(shè)備容量和用戶協(xié)議容量的取法問題。國標里訂的是“用電協(xié)議容

13、量”，電鐵牽引站雖然裝有2臺變壓器，但只允許輪換使用，因此取1臺計算較合理，但目前普遍按2臺容量計算。至于供電設(shè)備容量，考慮到總諧波電流允許值是按最小運行方式下短路容量換算出來的，因此供電設(shè)備容量也宜對應(yīng)此方式下的容量。一般向電鐵牽引站供電的變電站中至少有2臺主變壓器，在最小方式下大多數(shù)應(yīng)是1臺供電，此時供電設(shè)備容量取1臺較為合理。不過也有一些人主張按全部供電設(shè)備容量計算允許電流。根據(jù)以上情況，對電鐵南昆線和京廣線上6個牽引站的諧波電流限值作了6種算法的比較，列于表1。其中，河南省李家寨站的諧波注入電流(110kv)是實測95%概率大值(缺11次諧波)9。6種算法分別為：(1)第1種算法：電鐵

14、用電協(xié)議容量按2臺牽引變壓器考慮，公共連接點的供電設(shè)備容量按2臺變壓器考慮。(2)第2種算法：電鐵用電協(xié)議容量按2臺牽引變壓器考慮，公共連接點的供電設(shè)備容量按1臺變壓器(如果2臺變壓器容量不相等則取容量大的計算，下同)考慮。(3)第3種算法：電鐵用電協(xié)議容量按2臺牽引變壓器考慮，公共連接點的供電設(shè)備容量按1臺變壓器考慮。另外，將諧波國標表1中的3次諧波電流允許值除以0.6(即放大1.67倍)。(4)第4種算法：電鐵協(xié)議容量按1臺，供電設(shè)備容量也按1臺計算。另外，將諧波國標表1中的3次諧波電流允許值除以0.6。(5)第5種算法：電鐵協(xié)議容量按1臺計算，供電設(shè)備容量按2臺計算。另外，將諧波國標表1

15、中的3次諧波電流允許值除以0.6。(6)第6種算法(參照國外)：公共聯(lián)接點各次諧波電壓含有率均按1%考慮。表1數(shù)據(jù)是根據(jù)鐵道部門提供的牽引站供電臂諧波電流和電力部門提供的牽引站供電基礎(chǔ)資料計算所得。計算中27.5kv側(cè)諧波源電流一臂取供電臂95%概率最大電流，另一臂取供電臂的日平均有效電流。牽引變壓器110kv側(cè)的三相諧波電流，即注入公共聯(lián)接點的諧波電流，yn，d11接線變壓器采用公式(1)，平衡變壓器采用公式(2)。表16個牽引站按不同算法求出的諧波電流限值站名h/次ih/a算法1算法2算法3算法4算法5算法6ihi/agihi/agihi/agihi/agihi/agihi/ag永豐營31

16、0.510.8911.761.686.262.803.761.497.060.7913.2513.800.76511.661.0910.661.955.981.955.981.0910.70.6118.998.281.4178.391.067.881.754.801.754.801.067.880.6512.935.921.4293.270.893.691.252.611.252.610.893.690.635.214.600.71114.591.034.471.513.041.513.041.034.470.716.563.761.22百色38.500.7611.161.276.712.11

17、4.031.127.560.6014.197.211.1859.460.9010.571.436.631.436.630.8011.80.4521.054.322.1976.810.828.341.225.591.225.590.749.170.4515.053.092.2092.650.614.370.803.300.803.300.574.670.406.612.401.10113.730.725.150.993.770.993.770.675.550.468.151.971.90威舍39.211.386.652.603.544.332.132.313.991.237.506.581.40

18、510.171.546.622.743.722.743.721.546.620.8611.803.952.5877.321.285.722.103.482.103.481.285.720.789.382.822.6092.850.813.531.142.491.142.490.813.530.574.992.191.30114.011.013.981.482.711.482.711.013.980.685.851.792.24柳辛莊331.324.816.519.033.4715.062.088.023.914.277.3414.572.15515.185.142.959.161.669.16

19、1.665.142.952.895.268.741.74710.924.042.706.631.656.631.654.042.702.464.436.251.7594.042.291.763.241.253.241.252.291.761.622.494.860.83115.682.941.934.321.324.321.322.941.932.002.843.971.43湯陰330.613.0110.165.665.419.433.255.026.102.6711.4511.182.74514.833.274.535.832.545.832.543.274.531.848.076.712.

20、21710.672.644.044.342.464.342.462.464.041.616.624.792.2393.951.572.512.231.772.231.771.572.511.113.553.731.06115.551.992.792.921.902.921.901.992.791.354.103.051.82李家寨325.58.453.0215.861.6126.430.9614.11.817.503.4017.701.44511.98.751.3615.590.7615.590.768.751.364.912.4210.621.1275.396.560.8210.760.50

21、10.760.506.560.824.001.357.580.7193.233.410.954.830.674.830.673.410.952.411.345.900.55注：表中h表示諧波次數(shù)；ih表示注入110kv側(cè)公共連接點的最大諧波電流；ihi表示諧波電流允許值；g表示超過允許電流倍數(shù)。 (1)(2)式中k-牽引變壓器變比；ihsa、ihsb-注入牽引變壓器兩供電臂諧波電流，a；iah、ibh、ich-牽引變壓器110kv側(cè)a、b、c三相諧波電流，a。從表1中可以看出：(1)按第1種算法，在南昆線上3個牽引站(永豐營、百色和威舍，其牽引變壓器均為yn，d11接線)，當(dāng)不采取濾波措施時，

22、3次諧波電流超標達712倍；5次為711倍；7次為68倍。在計算牽引站3次諧波電流時，已考慮到南昆線的韶7機車上已帶3次濾波器(濾去約50%的3次諧波電流)。在京廣線上2個牽引站(柳辛莊和湯陰，其牽引變壓器分別為yn，d11接線和阻抗匹配平衡變壓器)，3次諧波電流超標達710倍，5次為35倍，7次為34倍。一般采用lc型濾波器，濾波效益大約只可達85%左右，超標10倍以上難以濾至合格。更何況對于電鐵這種動態(tài)負荷，補償裝置必須考慮功率因數(shù)、濾波和電壓調(diào)整的綜合效果，投資也不能太大。多種制約條件使我們有理由認為，按第1種算法供電容量和協(xié)議容量取得均不合理，得出諧波限值目前實際上不可行。(2)第2種

23、算法是將供電容量和最小短路容量方式作對應(yīng)，導(dǎo)致各次諧波允許值增大，但電鐵的協(xié)議用電容量取得不合理；而且從表1看，永豐營和百色2站的3次諧波限值仍過嚴(在已濾除50%前提下超標67倍)。(3)按第3種算法對于南昆線上3個牽引站，3、5、7次諧波電流超標分別達到24倍、47倍和36倍，對于京廣線上2個牽引站則3、5、7次諧波電流超標23倍，唯有李家寨站全部不超標。上列超標諧波用lc濾波器是能夠濾至標準值以內(nèi)的。需要指出，從計算結(jié)果看，即使用這種算法，9、11次諧波電流也是超標的(1.24倍)，對于電鐵負荷，主要解決3、5、7次就可以了。從國外電鐵牽引站的濾波器設(shè)置來看，最多也是3、5、7次(個別將

24、7次設(shè)為高通濾波器)。但這種算法協(xié)議容量取得不合理。(4)第4種算法(合理的算法)實際計算結(jié)果只比第1種算法在3次諧波上放大1.67倍，對于象南昆線上永豐營和百色站，3、5次超標仍難以治理合格(3次諧波是在機車上已濾去50%諧波前提下還超標到7倍左右)其它5個站基本上還可以。對于上列情況，建議仿照iec標準中規(guī)定的用“第3級處理”原則，即根據(jù)電網(wǎng)和負荷特點作專門研究，在確保電網(wǎng)公共聯(lián)接點上不超標(或超標影響不大)的前提下，適當(dāng)放寬諧波限值，同時在電鐵牽引站采取適當(dāng)?shù)南C波措施。實際上，這類情況在規(guī)劃設(shè)計階段處理容易得多(例如，避免多個牽引站從1個公共聯(lián)接點上供電，牽引站加大消諧投資，在供電方

25、式上盡量避免大諧波源疊加方式等等)?？傊?，出現(xiàn)“第3級處理”的場合，應(yīng)由電力和鐵道兩部門協(xié)同解決問題。在諧波影響未搞清前，不要盲目確定供電方式。國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局已決定“等同采用”iec61000系列標準，這些標準將陸續(xù)作為國家標準發(fā)布，因此，目前對于諧波國標中明顯的缺點或者未作明確規(guī)定之處，參考iec相應(yīng)標準去處理是較好的選擇辦法。(5)第5種算法是考慮到某些情況下系統(tǒng)最小運行方式對應(yīng)的是2臺供電變壓器。本文中的柳辛莊和李家寨即屬于此種情況。但對于其它牽引站，供電容量取得不合理，導(dǎo)致對用戶諧波限值過嚴。(6)第6種算法是國外有些電鐵上用的標準，是所列的6種算法中放得最寬的一種。這種方法的主要

26、缺點是未按容量分配諧波指標，如果一個公共聯(lián)接點上接多個(2個及以上)牽引站，再考慮到系統(tǒng)背景諧波的存在，則可能導(dǎo)致諧波電壓嚴重超標，因此不宜采用。4結(jié)束語目前一些電網(wǎng)(特別是電鐵負荷較大的電網(wǎng))中諧波(實際上兼有負序)問題較嚴重，其主要原因是沒有按諧波國標規(guī)定采取有效的濾波措施；同時對并聯(lián)電容器組可能造成諧波放大問題注意不夠所致。對于國標既應(yīng)強調(diào)其權(quán)威性，同時在具體處理超標問題上應(yīng)實事求是。電鐵諧波是面臨的一個重要問題。應(yīng)當(dāng)承認電鐵負荷有其特殊性，但作為公用電網(wǎng)的一個用戶，應(yīng)以國標規(guī)定為基礎(chǔ)，參照iec相關(guān)標準的規(guī)定，結(jié)合其特點來解決。本文建議，對電鐵牽引站的3次諧波電流按特征諧波分配指標，為

27、此按國標計算結(jié)果乘1.67系數(shù)。諧波限值計算中，電鐵的供電設(shè)備容量應(yīng)采用最小方式下的容量，以和諧波電流允許值換算結(jié)果相對應(yīng)。電鐵的協(xié)議容量應(yīng)按其實際用電容量取。電鐵諧波的測量和取值等問題，宜通過試點工程，進一步研究解決。作者單位:中國電力科學(xué)研究院(北京100085)參考文獻1limits for harmonics in the united kingdom electricity supply system.e ngineering recommendation g.5/3,19762report on limits for harmonics in the uk electricity

28、supply industry.a .c.e report no.73,19793a c traction supplies to british rail.engineering recommendation p.24, jan.19844railway electrification-25 kv a.c. design on b.r,12034/16,19805關(guān)于加拿大供電公司對諧波限制導(dǎo)則的需要.見: 電力系統(tǒng)高次諧波譯文專輯 (第4輯)，成都：四川省電力試驗研究所，19876陸淳.關(guān)于諧波限制值的若干參考資料.鐵道部科學(xué)研究院，19907mollitt b.harmonic characteristics of traction loads on new zealand's newly electrified north island line. cigred, 19898wright p o.planning of electricity supply to a c electrified railways from a weak network in central queensland.queensland division technical papers , 1985,26(34)9任元.信陽和駐馬店地區(qū)電氣化鐵路諧波引起220 kv