高鐵供電系統(tǒng)外部供電電源.doc

1、第三節(jié) 高鐵供電系統(tǒng)外部供電電源一、電力網(wǎng)二、電氣化鐵路供電要求與負(fù)荷特點(diǎn)1.高可靠性:兩路獨(dú)立電源,主變壓器一主一備運(yùn)行，非正常情況時(shí)可越區(qū)供電(但牽引變壓器負(fù)荷率普遍較低，一般不超過(guò)30%)2.大供電容量：HXD2型大功率電力機(jī)車10000KW，16輛編組.時(shí)速350km/h的動(dòng)車組超過(guò)20000KW。350km/h，3min追蹤間隔，30km供電臂，變電所的峰值功率超過(guò)120MVA3。良好電壓品質(zhì)：電壓水平與電壓波形。牽引網(wǎng)額定電壓25kv,正常工作電壓2027.5KV，由于負(fù)荷壓損大,國(guó)內(nèi)不少既有線路空載電壓達(dá)到29KV4.波動(dòng)劇烈的大容量單相不平衡非線性負(fù)荷 5。電氣化鐵道諧波的特點(diǎn)

2、：?jiǎn)蜗嗒?dú)立性、隨機(jī)波動(dòng)性、相位廣泛分布、高壓滲透性電氣化鐵道之所以產(chǎn)生負(fù)序，本質(zhì)上是由于電力機(jī)車是單相負(fù)荷造成的6.諧波與負(fù)序主要術(shù)語(yǔ):第h次諧波電壓（電流）含有率諧波電壓(電流)含量電壓(電流)總諧波奇變率三相電壓（負(fù)序)不平衡度三、我國(guó)鐵路與電力部門關(guān)于電鐵電能質(zhì)量問(wèn)題的爭(zhēng)論1982年4月原水電部在石家莊組織召開(kāi)了全國(guó)首次諧波學(xué)說(shuō)交流會(huì)，會(huì)上把電氣化鐵道作為重要的諧波源，并提出要盡快制訂諧波標(biāo)準(zhǔn).這次會(huì)議也引起了鐵道部的重視，鐵道部原科技局與基建總局以（82)科技標(biāo)字第73號(hào)文和(82)基字第92號(hào)文下達(dá)研究項(xiàng)目“電鐵高次諧波容許標(biāo)準(zhǔn)”的研究,成立了研究小組。1982年9月原水電部參照英國(guó)

3、中央電力局諧波限制值導(dǎo)則G5/3組織編寫了電力系統(tǒng)諧波管理的暫行規(guī)定（征求意見(jiàn)稿）。1984年6月鐵道部研究小組遞交了電鐵諧波允許值的建議與說(shuō)明，8月30日經(jīng)審核以（84）基電字168號(hào)文發(fā)至原水電部，反映了對(duì)暫行規(guī)定的不同意見(jiàn).原水電部對(duì)此沒(méi)有答復(fù)，而是以(84)水電電生字第56號(hào)文正式頒布了暫行規(guī)定(SD126-84)，規(guī)定自1985年1月1日起執(zhí)行。1984年11月鐵道部以（84)基電字第216號(hào)文請(qǐng)?jiān)瓏?guó)家標(biāo)準(zhǔn)局組織審訂電鐵諧波允許值的建議與說(shuō)明,該文指出“暫行規(guī)定中關(guān)于電壓正弦波形奇變率極限值和諧波電流允許值的一些條款沒(méi)有考慮電鐵電力機(jī)車負(fù)荷具有間斷、波動(dòng)、不規(guī)則的輪廓特性的特點(diǎn)，而是

4、將電鐵負(fù)荷視同一般電力負(fù)荷，因此,暫行規(guī)定的這些條款對(duì)電鐵是不適宜的”。本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請(qǐng)勿用作商業(yè)用途本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請(qǐng)勿用作商業(yè)用途1986年4月11日原國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的國(guó)際發(fā)(1986)081號(hào)文關(guān)于發(fā)送“1986年制、修訂國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目計(jì)劃”的通知中明確：“電力系統(tǒng)高次諧波分量”項(xiàng)目由水電部生產(chǎn)司和鐵道部基建總局為負(fù)責(zé)單位共同起草。根據(jù)081號(hào)文開(kāi)展3項(xiàng)聯(lián)合工作：（1)1987年1月，鐵道部和原水電部聯(lián)合組團(tuán)赴英考察,并邀請(qǐng)?jiān)瓏?guó)家標(biāo)準(zhǔn)局派員參加;(2)1987年10月，組成了兩部聯(lián)合調(diào)查組,就山西、陜西兩省向電氣化鐵路供電的電網(wǎng)中的諧波、負(fù)序進(jìn)行了聯(lián)合調(diào)查，并得出諧波問(wèn)題“需要兩部能力合

5、作，從各方面采取措施以求得合理的解決”的一致意見(jiàn);（3)1988年8月原能源部(含水電部）、鐵道部成立了雁同電網(wǎng)諧波領(lǐng)導(dǎo)組和測(cè)試配合組，對(duì)雁同電網(wǎng)的一些地區(qū)變電站、牽引變電所的地方用戶進(jìn)行了較大規(guī)模的聯(lián)合測(cè)試，取得了大量數(shù)據(jù)，就電氣化鐵道的諧波、負(fù)序?qū)ρ阃娋W(wǎng)的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究.1991年原能源部諧波國(guó)標(biāo)起草小組拿出了電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波(征求意見(jiàn)稿），這次的征求意見(jiàn)稿雖較暫行規(guī)定在諧波限制上有所放寬，但與鐵道部的要求仍有不小的差距,兩部在商談時(shí)未能取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。1992年3月10日，在國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局標(biāo)準(zhǔn)化司主持下，召開(kāi)了由原能源部電力司、科技司和鐵道部建設(shè)司、中國(guó)鐵路工程總公司等單位

6、的有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)及專家參加的諧波國(guó)標(biāo)協(xié)調(diào)會(huì)，經(jīng)充分討論和協(xié)商，形成了電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)高次諧波分量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)起草協(xié)調(diào)會(huì)議紀(jì)要，并于4月24日以國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局標(biāo)發(fā)（1992）052號(hào)文下達(dá)，在紀(jì)要中，原能源部、鐵道協(xié)調(diào)同意“鑒于目前電氣化鐵道的特殊性,公用電網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)暫不適用于電氣化鐵道,對(duì)電氣化鐵道接入公用電網(wǎng)的諧波要求，由兩部另行簽訂協(xié)議解決”。1993年7月31日，國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn)并頒發(fā)了由原能源部電力司負(fù)責(zé)起草的電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波（GB/T14549-93)，規(guī)定自1994年3月1日開(kāi)始實(shí)施，與電氣化鐵道相關(guān)的另一項(xiàng)國(guó)標(biāo)電能質(zhì)量 三相電壓不平衡度也于1993年底完成報(bào)批稿.1993年12月

7、11日,大秦鐵路二期工程國(guó)家驗(yàn)收委員會(huì)在驗(yàn)收證書(shū)中明確“關(guān)于電氣化鐵道諧波影響問(wèn)題，由國(guó)家計(jì)委會(huì)同國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局組織電力部、鐵道部抓緊研究，簽訂協(xié)議,予以解決"。國(guó)家計(jì)委重點(diǎn)建設(shè)協(xié)調(diào)監(jiān)督司于1994年2月份指示鐵道部先提出一個(gè)兩部協(xié)議的建議稿，作為兩部進(jìn)一步協(xié)商的框架，國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局表示同意。1994年5月4日，鐵道部建設(shè)司向國(guó)家計(jì)委重點(diǎn)建設(shè)協(xié)調(diào)監(jiān)督司行文，提出了簽訂兩部協(xié)議的實(shí)施意見(jiàn)，隨后組織鐵道部電氣化鐵道諧波標(biāo)準(zhǔn)起草小組,廣泛深入地開(kāi)展了電鐵諧波的有關(guān)研究工作.1995年底，鐵道部電氣化鐵道諧波標(biāo)準(zhǔn)起草小組完成了電力、鐵道兩部關(guān)于解決電氣化鐵路諧波規(guī)定的協(xié)議(建議稿)，并上報(bào)到

8、國(guó)家計(jì)委和國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局。電力部門并未正式承認(rèn)兩部協(xié)議,每條電氣化鐵路的開(kāi)通，鐵路與電力部門簽署供電協(xié)議成為老大難問(wèn)題。成昆電氣化鐵路涉及西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，引起鐵道部高度重視.1997年1月，國(guó)家計(jì)委辦公廳以計(jì)辦建設(shè)（1997)9號(hào)文(特急)印發(fā)關(guān)于電氣化鐵路諧波治理及京鄭、湘黔電氣化鐵路開(kāi)通供電協(xié)調(diào)會(huì)議紀(jì)要的通知，紀(jì)要明確3點(diǎn)：（1)關(guān)于諧波治理問(wèn)題，會(huì)議確定由國(guó)家計(jì)委和國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局牽頭，委托中國(guó)國(guó)際工程咨詢公司組織有關(guān)諧波方面的專家組成專家組，對(duì)電鐵諧波進(jìn)行測(cè)試、研究,電力部、鐵道部各選派4名專家技術(shù)人員參加，另外再選派幾位國(guó)內(nèi)有名望、具有較豐富知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的諧波專家參與這項(xiàng)工作；（2）專

9、家組要在1997年6月底前提出電氣化鐵路諧波治理的意見(jiàn)和措施；(3)關(guān)于京鄭、湘黔電氣化鐵路開(kāi)通問(wèn)題，鑒于京鄭、湘黔電氣化鐵路是1996年投產(chǎn)項(xiàng)目，且鐵路工程的電鐵配套設(shè)施都已完成，只因諧波問(wèn)題沒(méi)有簽訂協(xié)議，故可先供電（臨時(shí)供電）開(kāi)通，待專家組得出結(jié)論后,再按專家組意見(jiàn)采取措施。2005年既有京滬線電氣化工程及隨后的客運(yùn)專線工程又引發(fā)了新一輪電鐵電能質(zhì)量問(wèn)題的爭(zhēng)論.國(guó)網(wǎng)公司發(fā)文明確要求各省公司給電鐵供電只允許采用110KV級(jí)，鐵路部門極為被動(dòng)。20062007年因京津城際鐵路外部電源問(wèn)題，鐵道部盧副部長(zhǎng)和耿志修副總工程師多次拜訪國(guó)網(wǎng)公司,不同層面進(jìn)行多次技術(shù)交流；鐵道部答應(yīng)在既有京滬線的安定、

10、三界、南翔3個(gè)牽引變電所開(kāi)展治理試點(diǎn);2007年3月國(guó)家電網(wǎng)公司委托中國(guó)電科院牽頭負(fù)責(zé)“電鐵供電關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目.2007年3月根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)安排，由全國(guó)電壓電流等級(jí)和頻率標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口負(fù)責(zé)修訂新一輪國(guó)家電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；2007年9月電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差、電能質(zhì)量 供電電壓偏差、電能質(zhì)量 電壓波動(dòng)和閃變、電能質(zhì)量 三相電壓不平衡4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)拿出了送審稿。2008年武漢會(huì)議通過(guò).電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波自2007年5月起動(dòng)修訂以來(lái)，先后在北京、延邊、北京、西安召開(kāi)4次專家組會(huì)議,2010年4月西安會(huì)議拿出的討論稿,爭(zhēng)議依舊。四、諧波及技術(shù)對(duì)策目前普遍采用的技術(shù)措施：車上安裝功率因

11、數(shù)校正PFC裝置（晶閘管分組投切的并聯(lián)電容組）,兼濾3次或3、5次諧波；變電所安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置(固定或分組投切的并聯(lián)電容器組)，兼濾3次諧波,通常12調(diào)諧率。2006年開(kāi)始諧波治理試點(diǎn)工作,帶3、5(及7）次濾波支路的SVC方案得到實(shí)施，如京滬線安定、三界牽引變電所具有電能質(zhì)量綜合治理效果的SVG技術(shù)也開(kāi)始在電氣化鐵道進(jìn)行試驗(yàn),如京滬線南翔、大秦線湖東牽引變電所。要從根本上解決電氣化鐵道問(wèn)題將有賴于基于PWM調(diào)制技術(shù)的交直-交傳動(dòng)系統(tǒng)的電力牽引。目前我國(guó)的電力牽引技術(shù)正在更新?lián)Q代,引進(jìn)的4型200km/h上以速度的動(dòng)車組全部采用交直交傳動(dòng)；引進(jìn)的HXD系列8軸大功率貨運(yùn)電力機(jī)車全部采用交直交傳

12、動(dòng)；自主開(kāi)發(fā)的6軸大功率貨運(yùn)電力機(jī)車全部采用交-直-交傳動(dòng)；自主開(kāi)發(fā)的350km/h的直通車組全部采用交直交傳動(dòng)五、負(fù)序及技術(shù)對(duì)策1.從設(shè)計(jì)時(shí)就要選用強(qiáng)電源，保證足夠大的短路容量.2.在電源受限制的條件下，避免使用單相變壓器.3。相鄰的牽引變電所接入電力系統(tǒng)時(shí)，進(jìn)行相應(yīng)輪換.4.采用對(duì)稱補(bǔ)償裝置平衡負(fù)序（動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)難度較大）.三相變兩相平衡變壓器在電氣化鐵道的大量應(yīng)用。在一次側(cè)施加三相對(duì)稱電壓時(shí)，只要二次側(cè)兩端口的負(fù)荷相等（幅值和功率因數(shù)均相等），則二次側(cè)兩相端口電壓保持幅值相等、相位相差90°，一次側(cè)三相電流對(duì)稱。)Scott接線變壓器：星形延邊三角形接線變壓器2010年鐵道部與國(guó)

13、網(wǎng)公司達(dá)成協(xié)議,鐵路部門盡快研發(fā)220kV平衡變壓器.2010年4月已確定采用北方交大提出的二次中抽式Scott接線方案。采用換相連接、平衡變壓器等技術(shù)措施，在宏觀上緩解牽引負(fù)荷造成的三相不平衡是有效的，但負(fù)荷的隨機(jī)波動(dòng)性,也使得它們的效果是有限的。5。下圖是采用新型同相供電方式:6。 交直交牽引變電所(發(fā)展方向之一）六、和諧共贏的解決思路電鐵電能質(zhì)量（特別是諧波)方面的長(zhǎng)期爭(zhēng)議：電力部門：主張電氣化鐵道也要按諧波國(guó)標(biāo)考核管理。鐵路部門：電氣化鐵道負(fù)荷有其特殊性,達(dá)到目前國(guó)標(biāo)限制值有困難，而且投資很大，會(huì)造成不必要的浪費(fèi).我國(guó)電氣化鐵道電能質(zhì)量問(wèn)題是我國(guó)電力和鐵路基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)薄弱,在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，不同行業(yè)間協(xié)調(diào)不夠造成的。電能質(zhì)量問(wèn)題涉及技術(shù)問(wèn)題復(fù)雜，但本質(zhì)上是經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。諧波和負(fù)序的考核點(diǎn)為公共連接點(diǎn)B，供電電壓偏差考核點(diǎn)為供電點(diǎn)A。諧波和負(fù)序成問(wèn)題的地方,供電電壓也往往不合格.影響電氣化鐵道電能質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)鍵參數(shù)是系統(tǒng)短路