《電氣化鐵路諧波治理研究9200字（論文）》

電氣化鐵路諧波治理問(wèn)題調(diào)研分析報(bào)告91811前言 145911.1研究目的 181631.2調(diào)研方法 168441.3調(diào)研時(shí)間 2298311.4調(diào)研思路 278922電氣化鐵道供電系統(tǒng)諧波的檢測(cè) 2299072.1諧波的產(chǎn)生 2164682.2諧波電流的影響 6206732.2.1諧波的危害 6297862.2.2對(duì)變壓器的危害 6168612.2.3對(duì)發(fā)電機(jī)的影響 6193572.2.4其他影響 7179063諧波振蕩與通信干擾 712513.1等效干擾電流的取值問(wèn)題 782413.2通信回線的敏感系數(shù) 8245984電氣化鐵道諧波治理 10236624.1減小諧波電流影響的措施 1079374.2諧波的治理方法 10116244.2.1采用適當(dāng)電抗器 11186894.2.2裝設(shè)有源電力濾波器 1115964.2.3采用多相脈沖整流 11125874.2.4使用濾波模塊組件 1142024.2.5開(kāi)發(fā)新型變流器 12314165結(jié)論 1227420參考文獻(xiàn) 131前言1.1研究目的電力機(jī)車(chē)整流負(fù)荷中有較多諧波，因?yàn)闉V波措施沒(méi)有發(fā)揮出效果，導(dǎo)致諧波進(jìn)入了公用電網(wǎng)中。部分統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在電鐵運(yùn)行了30年內(nèi)，因?yàn)橹C波以及負(fù)序的影響，200MW跳閘，陜西貴州等地的大面積停電發(fā)生多次。其中還伴隨局部諧振、電網(wǎng)的損耗程度提升、損壞發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置不斷異常啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)和電容器因溫度過(guò)高損壞，無(wú)法正常使用，小火電廠不能就近凈網(wǎng)等一些列還惡劣影響，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的順利發(fā)展造成了極大的阻礙。隨著電鐵運(yùn)量的提升，東部使用區(qū)域的擴(kuò)展，例如電鐵諧波沒(méi)有得到控制，影響越來(lái)越惡劣，對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備造成極大的損害。對(duì)諧波進(jìn)行研究的意義主要是因?yàn)橹C波的惡劣影響十分嚴(yán)重，諧波會(huì)影響電能的產(chǎn)生，降低電能的使用效率，導(dǎo)致電氣設(shè)備溫度提升，出現(xiàn)諧振和噪聲，對(duì)設(shè)備邊緣損害十分嚴(yán)重，降低使用效率，出現(xiàn)故障以及事故。供電電壓發(fā)生畸形變化，對(duì)用電設(shè)備造成極其惡劣的影響、影響設(shè)備的功率，對(duì)電路造成損害，縮短電容器的使用壽命，自動(dòng)裝置以及繼電保護(hù)裝置異常啟動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的損耗提升，電動(dòng)機(jī)使用過(guò)熱影響換流裝置的正常使用，電力計(jì)量誤差加大，影響通信系統(tǒng)以及相關(guān)設(shè)備的正常使用。本調(diào)研為電氣化鐵道供電系統(tǒng)諧波對(duì)通訊的干擾的研究，本次調(diào)研主要就諧波對(duì)通信的干擾進(jìn)行分析研究，第二章開(kāi)始介紹諧波的檢測(cè)，首先介紹諧波產(chǎn)生，影響，只有先清楚的了解才能知道如何進(jìn)行干擾，是諧波治理的首要問(wèn)題。為了減少上述諧波造成的影響，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者都積極進(jìn)行研究和探索，創(chuàng)造了新型供電方式、電力機(jī)車(chē)、防護(hù)模式等，進(jìn)而保證通信信號(hào)的正常和穩(wěn)定。本文僅針對(duì)牽引電流諧波的產(chǎn)生、傳送、對(duì)通信的滋擾情況舉行索求和鉆研。第三章主要對(duì)諧諧波振蕩與通信干擾研究。第四章主要是電氣化鐵道諧波的治理，較為普遍的治理方法有兩種，首先是從產(chǎn)生諧波的設(shè)備來(lái)入手，降低諧波產(chǎn)生的數(shù)量或者盡量不產(chǎn)生。其次是從被干擾和影響的設(shè)備來(lái)入手，設(shè)置諧波補(bǔ)償裝置，提升設(shè)備的抗干擾性能；增強(qiáng)諧波保護(hù)能力；調(diào)整諧波源的工作方式；應(yīng)用多重化技術(shù)等。1.2調(diào)研方法文獻(xiàn)研究方法：本文利用《中國(guó)科技期刊數(shù)據(jù)庫(kù)》，《中國(guó)論文數(shù)據(jù)庫(kù)》和《管理科學(xué)文摘》數(shù)據(jù)庫(kù)檢索和收集了與設(shè)備管理相關(guān)的資料?；谖墨I(xiàn)研究的交電氣化鐵道諧波電流對(duì)通信的干擾的深入研究。實(shí)際調(diào)查總結(jié)法，通過(guò)在學(xué)校學(xué)習(xí)的知識(shí)和對(duì)交電氣化鐵道諧波電流對(duì)通信的干擾進(jìn)行分析，結(jié)合目前我國(guó)應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)交電氣化鐵道諧波電流對(duì)通信的干擾實(shí)際出現(xiàn)問(wèn)題提出切實(shí)可行的改進(jìn)措施，確保文本的研究成果對(duì)電氣化鐵道諧波電流對(duì)通信干擾的應(yīng)用有參考意義。1.3調(diào)研時(shí)間9月5日到9月10日：學(xué)習(xí)調(diào)研方法及調(diào)研報(bào)告的寫(xiě)法。9月10日到9月15：資料搜集，主要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及圖書(shū)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論。9月16日到9月25日：與導(dǎo)師討論前期調(diào)研資料。9月26日到10月22日：結(jié)合目前我國(guó)應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)電氣化鐵道諧波電流對(duì)通信干擾實(shí)際出現(xiàn)故障提出切實(shí)可行的改進(jìn)措施。10月23日到10月28日：與導(dǎo)師討論現(xiàn)有調(diào)研成果，將問(wèn)題及時(shí)改正。10月16日到11月2日：撰寫(xiě)調(diào)研報(bào)告。1.4調(diào)研思路本文以電氣化鐵道諧波電流對(duì)通信干擾為研究對(duì)象，分析了諧波產(chǎn)生，新型供電方式、電力機(jī)車(chē)、防護(hù)模式等，并簡(jiǎn)要介紹了各部件的工作原理，然后研究和分析了諧波振蕩與通信干擾研究原理。最后對(duì)目前電氣化鐵道諧波的治理常見(jiàn)的故障進(jìn)行介紹分析，從產(chǎn)生諧波的設(shè)備來(lái)入手，降低諧波產(chǎn)生的數(shù)量或者盡量不產(chǎn)生。其次是從被干擾和影響的設(shè)備來(lái)入手，設(shè)置諧波補(bǔ)償裝置，提升設(shè)備的抗干擾性能；增強(qiáng)諧波保護(hù)能力；調(diào)整諧波源的工作方式；應(yīng)用多重化技術(shù)等。2電氣化鐵道供電系統(tǒng)諧波的檢測(cè)2.1諧波的產(chǎn)生通過(guò)受電弓，電力機(jī)車(chē)從接觸網(wǎng)中獲取25Kv的交流電，機(jī)車(chē)主變壓器、鋼軌、大地、牽引變壓器形成回路。機(jī)車(chē)主變壓器降低電路電壓，在經(jīng)過(guò)整流裝置以及平波電抗器之后，電流變成直流電，為電動(dòng)機(jī)提供牽引力，驅(qū)動(dòng)機(jī)車(chē)運(yùn)行。由于機(jī)車(chē)主變壓器、整流裝置、平面電抗器等的影響，反映到機(jī)車(chē)主變壓器原邊的電流波形發(fā)生了畸變，不在是正弦。所以，在牽引電流為周期性的非正弦波的時(shí)候，使用傅里葉級(jí)數(shù)能夠?qū)恳娏鞣殖苫娏鞣至恳约叭舾深l率為基波頻率整數(shù)倍的諧波電偶分量。計(jì)算表達(dá)式為： (2.1)式中-基波電流分量；-第n次諧波電流分量；-第n次諧波電流分量的初相角。相比于供電系統(tǒng)的牽引力，電力機(jī)車(chē)的阻抗非常的高，因此電力機(jī)車(chē)可以被看做諧波的恒流源。但是因?yàn)闄C(jī)車(chē)的啟動(dòng)、加速、停車(chē)、過(guò)彎、上下坡等不同的情況，取流也在隨之變化，諧波電流分量也不同，因此每臺(tái)電力機(jī)車(chē)都可以被看做可移動(dòng)的、不斷變化的諧波電流源。國(guó)際認(rèn)可的諧波的定義為，諧波是一個(gè)周期電氣量為正弦波的分量，也就是說(shuō)，諧波的周期量為周期量，其中傅里葉級(jí)數(shù)高于1的h次分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。諧波次數(shù)是正整數(shù)。50hz是我國(guó)規(guī)定的電力系統(tǒng)的額定頻率，其2次諧波為100hz，3次為150hz。部分國(guó)家將60hz定為電力系統(tǒng)的額定頻率，也就是說(shuō)基波為60hz，其2次諧波為120Hz，3次諧波為180hz。從中可以看出，諧波的次數(shù)不能是非正整數(shù)。通常輸電線路出現(xiàn)諧波首先是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)輸出的電壓并不是非正弦波，之后是負(fù)載的非線性。如變壓器、電抗器、鐵磁元件、各類(lèi)電弧設(shè)備等，特別是整流設(shè)備，其中會(huì)產(chǎn)生多種諧波。供電系統(tǒng)中的諧波主要是在對(duì)周期性正弦型電量使用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)，能夠得到與電網(wǎng)基波相同的分量以及其他高于基波的分量，這些高于基波的分量被稱(chēng)為諧波。諧波頻率比值與基波頻率比值的比值被稱(chēng)為諧波次數(shù)(/)。有的時(shí)候，電網(wǎng)系統(tǒng)中也會(huì)出現(xiàn)非整數(shù)倍諧波，通常被稱(chēng)為非諧波(Non-harmonics)、分?jǐn)?shù)諧波。諧波就是一種干擾量，對(duì)會(huì)電網(wǎng)系統(tǒng)造成污染。電力系統(tǒng)對(duì)諧波的研究主要傾向于研究諧波的產(chǎn)生、傳輸、計(jì)算、影響和限制，電力中的諧波頻率通常是2≤n≤40。韶山1型電力機(jī)車(chē)為硅整流機(jī)車(chē)，新型的韶山3型電力機(jī)車(chē)使用調(diào)壓開(kāi)關(guān)以及晶閘管級(jí)間相協(xié)調(diào)，平穩(wěn)過(guò)度進(jìn)行調(diào)壓。相當(dāng)于八段橋晶閘管相控機(jī)車(chē)。圖2.1為整流電力機(jī)車(chē)的主回路示意圖，其中(a)是中性點(diǎn)抽頭電路；(b)是半控橋電路。由于接觸網(wǎng)的負(fù)荷，機(jī)車(chē)中使用的牽引電流中有大量諧波成分。圖2.1整流電力機(jī)車(chē)的主回路原理圖整流電力機(jī)車(chē)運(yùn)用初期，為了使平滑，設(shè)法增大平波電抗器電感；另一方面為減輕機(jī)車(chē)重量和造價(jià)，又要盡量減小。實(shí)踐證明，高次諧波含量與，的關(guān)系比預(yù)想的小。圖2.2(1)為我國(guó)引燃管、半導(dǎo)體整流機(jī)車(chē)一次電流的波形，圖2.2(2)晶閘管相控機(jī)車(chē)一次電流的波形。圖2.2(1)引燃管、半導(dǎo)體整流機(jī)車(chē)一次電流的波形圖圖2.2(2)晶閘管相控機(jī)車(chē)一次電流的波形圖在對(duì)整流電路的電磁進(jìn)行分析之后，在對(duì)電力機(jī)車(chē)的一次電流進(jìn)行分析更加容易且準(zhǔn)確。然而，在機(jī)車(chē)使用的過(guò)程中，將機(jī)車(chē)電流以及供電回路當(dāng)作整體進(jìn)行分析是很難的。所以，B·A·高洛瓦洛夫在對(duì)整流機(jī)車(chē)的諧波進(jìn)行分析的過(guò)程中，提出了一下四點(diǎn)假設(shè)：（1）假設(shè)牽引變壓器原本的電壓是正弦波形電力；（2）將接觸網(wǎng)分布電感轉(zhuǎn)變?yōu)榧须姼?，不?jì)接觸網(wǎng)對(duì)地電容造成的影響；（3）不計(jì)機(jī)車(chē)主變壓器中的電阻影響；（4）假設(shè)只有整流電流中的直流成分會(huì)影響牽引電機(jī)的反電勢(shì)。反電勢(shì)主要包括三種類(lèi)型，分別是管壓降、電樞反電勢(shì)、陰極電阻壓降這三種。按照以上提出的四種假設(shè)，高洛瓦洛夫?qū)佑|網(wǎng)中的牽引電流中的諧波進(jìn)行了深入分析，研究結(jié)果為：不管是哪一種諧波其趨勢(shì)都是與重迭角（?）成正比，但是并不是完全正比趨勢(shì)，其中有一些波動(dòng)情況。諧波的次數(shù)數(shù)值越高，波動(dòng)的頻率也越大，振幅越小，當(dāng)諧波的次數(shù)超過(guò)30次時(shí)，波動(dòng)幅度極其?。唬?）重迭角確定時(shí)，相對(duì)陰極電感（K）變大，諧波變小。在計(jì)算的過(guò)程中，如假設(shè)中提到的，接觸網(wǎng)分布電容的影響忽略不計(jì)，所以計(jì)算結(jié)果并不能完全體現(xiàn)出電力系統(tǒng)中的電磁變化情況等。通過(guò)多次的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，當(dāng)K值處于2.5~5.5的范圍內(nèi)，同時(shí)負(fù)荷在<?<的時(shí)候，計(jì)算結(jié)果基本上可以反映實(shí)際情況。3次諧波的實(shí)際數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)值基本相符，當(dāng)諧波次數(shù)越來(lái)越高，計(jì)算值開(kāi)始出現(xiàn)誤差，實(shí)際測(cè)量值偏小。5次諧波約低35%，7次諧波越低40%，9次諧波約低60%。11次諧波和13次諧波基本屬于系統(tǒng)確定的諧振頻率，實(shí)際測(cè)量值已經(jīng)提高了很多，但是相比于理論值還是偏低的。供電臂的距離越長(zhǎng)，分布電容的值越高，所以實(shí)測(cè)值與理論值之間存在一定的差距。同樣，復(fù)線區(qū)段和單線區(qū)段之間也是存在差距的。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，上述進(jìn)行的計(jì)算和分析只是機(jī)車(chē)的一次電流。從波形圖中可以發(fā)現(xiàn)，波形與理論預(yù)測(cè)基本相同，而且具有一定的平滑度。但是，在實(shí)際的實(shí)踐過(guò)程中，在進(jìn)行換相時(shí)，機(jī)車(chē)出現(xiàn)了輕微振蕩現(xiàn)象。電力機(jī)車(chē)的整流負(fù)荷中有很多諧波成分，因?yàn)闉V波措施沒(méi)有發(fā)揮應(yīng)用的效果，電鐵負(fù)荷中的諧波電流進(jìn)入公共電網(wǎng)中。從電鐵運(yùn)行伊始，對(duì)多地的電網(wǎng)系統(tǒng)造成了極大的損害，網(wǎng)損明顯加大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子損壞，繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置非正常頻繁啟動(dòng)，用戶(hù)電動(dòng)機(jī)和電容器大量燒壞或不能正常運(yùn)行，小火電廠不能就近并網(wǎng)等一系列危害，使國(guó)民經(jīng)濟(jì)蒙受了巨大的損失。隨著電鐵運(yùn)量增加和向東部發(fā)達(dá)地區(qū)擴(kuò)展，如電鐵諧波仍不能得到及時(shí)治理，其產(chǎn)生的危害將會(huì)更加嚴(yán)重，對(duì)此應(yīng)有足夠的估計(jì)。關(guān)于電鐵的諧波標(biāo)準(zhǔn)，一直是電力和鐵道2大部門(mén)爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。電鐵諧波實(shí)際上長(zhǎng)期處于失控狀態(tài)。幾乎每個(gè)電鐵工程均引發(fā)了諧波標(biāo)準(zhǔn)的爭(zhēng)議，為此國(guó)家計(jì)委委托中國(guó)國(guó)際工程咨詢(xún)公司協(xié)調(diào)此事。1997年5月成立了專(zhuān)家工作組（由電力、鐵道2部及一些高等院校的專(zhuān)家、教授組成），在中咨公司的領(lǐng)導(dǎo)下開(kāi)展工作已達(dá)1年多，尚未得出結(jié)果。本文試圖結(jié)合對(duì)國(guó)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的介紹，指出諧波國(guó)標(biāo)用于電鐵的問(wèn)題，并以電鐵南昆線和京廣線上6個(gè)牽引站作為計(jì)算實(shí)例，提出確定電鐵諧波限值計(jì)算方法，希望能為解決此問(wèn)題起拋磚引玉的作用。目前，電力系統(tǒng)中出現(xiàn)諧波的原因主要有以下幾點(diǎn)，首先是發(fā)電質(zhì)量不高，其次是輸配電系統(tǒng)問(wèn)題，最后是用電設(shè)備問(wèn)題。2.2諧波電流的影響2.2.1諧波的危害諧波的對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備的惡劣影響是不容忽視的。諧波會(huì)影響電能的產(chǎn)生，降低電能的使用效率，導(dǎo)致電氣設(shè)備溫度提升，出現(xiàn)諧振和噪聲，對(duì)設(shè)備邊緣損害十分嚴(yán)重，降低使用效率，出現(xiàn)故障以及事故。供電電壓發(fā)生畸形變化，對(duì)用電設(shè)備造成極其惡劣的影響、影響設(shè)備的功率，對(duì)電路造成損害，縮短電容器的使用壽命，自動(dòng)裝置以及繼電保護(hù)裝置異常啟動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的損耗提升，電動(dòng)機(jī)使用過(guò)熱影響換流裝置的正常使用，電力計(jì)量誤差加大，影響通信系統(tǒng)以及相關(guān)設(shè)備的正常使用。2.2.2對(duì)變壓器的危害諧波不僅會(huì)導(dǎo)致變壓器繞組過(guò)熱，還會(huì)使外殼、鋼片以及部分零件過(guò)熱，對(duì)絕緣介質(zhì)造成不可逆的損害，減少了變壓器的使用時(shí)間。不斷是正序還是負(fù)序的諧波電流，都會(huì)對(duì)變壓器的鐵芯造成不良影響，使之出現(xiàn)噪聲以及磁滯伸縮現(xiàn)象。當(dāng)諧波出現(xiàn)諧振時(shí)，經(jīng)過(guò)電壓之后，變壓器有極大的可能被損毀。諧波電流會(huì)增加變壓器的過(guò)度銅耗。尤其是3次、6次等3的倍數(shù)次的諧波，在三角形鏈接的變壓器中，諧波會(huì)在變壓器中形成環(huán)流，使得變壓器的溫度提升。在全星形的變壓器中，繞組的中性點(diǎn)與地面相連，如果該側(cè)電網(wǎng)中有較大電容或者存在中性點(diǎn)接地的并聯(lián)電容時(shí)，有極大的可能會(huì)出現(xiàn)三次諧波，對(duì)變壓器造成惡性消耗。2.2.3對(duì)發(fā)電機(jī)的影響諧波電流在三相定子繞組中會(huì)出現(xiàn)諧波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。此處的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子用數(shù)倍同步轉(zhuǎn)速相交鏈，所以，在轉(zhuǎn)子回路中，能夠感知到數(shù)倍基波的電流和電壓。定子諧波轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子激磁電流會(huì)產(chǎn)生交流電磁力矩，同樣，定子的工作旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子中的諧波感應(yīng)電流也會(huì)產(chǎn)生交流電磁力矩。在交流電磁力矩進(jìn)入中轉(zhuǎn)子軸以及定子繞組基座時(shí)，會(huì)出現(xiàn)額外的振動(dòng)扭矩。如果諧波進(jìn)入三相定子繞組會(huì)使得定子的鐵芯和繞組的溫度提升，耗費(fèi)更多的電力。如果諧波電流以及負(fù)序電流在同一時(shí)間進(jìn)入到三相定子繞組時(shí)，轉(zhuǎn)子激磁繞組回路中會(huì)出現(xiàn)6倍甚至是12倍的基波頻率的電流。這樣的電流會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子激磁繞組造成過(guò)度損耗。因?yàn)橹C波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子的阻尼繞組中會(huì)引起電流，如果感應(yīng)電流超過(guò)正常范圍，阻尼的溫度會(huì)持續(xù)提升，導(dǎo)致阻尼損壞。2.2.4其他影響供電企業(yè)負(fù)責(zé)將電能輸入到各家各戶(hù)，低壓電網(wǎng)的損耗很大，這會(huì)對(duì)供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益造成損害，甚至阻礙企業(yè)的正常運(yùn)營(yíng)和持續(xù)發(fā)展。如果農(nóng)電工承包的地區(qū)的線路損害程度較高，損害較大，農(nóng)電工的獎(jiǎng)金甚至是工資都會(huì)被扣，這對(duì)農(nóng)電工的工作熱情造成極大的負(fù)面影響。變壓器和線路以及開(kāi)關(guān)設(shè)備的損壞會(huì)提升供電企業(yè)的成本消耗，同時(shí)因?yàn)橐獙?duì)電路和系統(tǒng)進(jìn)行檢查而停電會(huì)對(duì)供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益造成極大的影響，也會(huì)降低供電企業(yè)在社會(huì)大眾心中的信用度和可靠度。3諧波振蕩與通信干擾因?yàn)椴糠种C波出現(xiàn)了振動(dòng)情況，通信信號(hào)和頻率會(huì)被接觸網(wǎng)中的牽引諧波電流干擾。從諧波在接觸網(wǎng)中的傳輸情況以及相關(guān)特征中可以發(fā)現(xiàn)以下幾點(diǎn)內(nèi)容：（1）接觸網(wǎng)中的牽引電流的諧波的振蕩幅度并不是固定的，而是一直變化的，變電所處的波動(dòng)值最高；（2）出現(xiàn)諧振的諧波將會(huì)出現(xiàn)駐波；（3）供電臂機(jī)車(chē)數(shù)和負(fù)荷的變化不會(huì)對(duì)諧波振幅造成影響，但是諧振的相對(duì)值是不斷變化的。因此接觸網(wǎng)中的諧波電流感應(yīng)的影響不是單一的，而是具有較高復(fù)雜性的?，F(xiàn)提出以下假設(shè)，接觸網(wǎng)中傳輸?shù)木枪潭l率的高壓電流，這種高壓電流也被稱(chēng)為等價(jià)干擾電流，按照回線間的感性禍合，對(duì)絕緣通信導(dǎo)線上的感應(yīng)縱電勢(shì)進(jìn)行推導(dǎo)，之后按照通信回線的不平衡度計(jì)算出雜音的公式。這一公式的推導(dǎo)過(guò)程在理論上來(lái)說(shuō)是可以實(shí)現(xiàn)的。然而，實(shí)踐表明，計(jì)算值均高于實(shí)際值。因此，這樣的計(jì)算公式就喪失了在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中的實(shí)用意義。因?yàn)槔碚撚?jì)算數(shù)值高于實(shí)際數(shù)據(jù)，所以會(huì)導(dǎo)致原本的路線出現(xiàn)誤差，做了很多不必要的變化，消耗了成本。所以對(duì)其中的原因進(jìn)行探索十分關(guān)鍵，同時(shí)結(jié)合實(shí)際情況，提出了以下幾點(diǎn)意見(jiàn)。3.1等效干擾電流的取值問(wèn)題現(xiàn)階段使用的計(jì)算方法將接觸網(wǎng)中傳入的電流看做是等效干擾電流，同時(shí)也將牽引電流中的諧波影響以及接觸網(wǎng)中諧波諧振影響計(jì)算在其中。計(jì)算過(guò)程中還包括了符合電流和機(jī)車(chē)數(shù)對(duì)諧波相對(duì)值的轉(zhuǎn)變系數(shù)。此處所說(shuō)的諧波相對(duì)值都是通過(guò)變電所的測(cè)算數(shù)據(jù)獲取的。但是變電所的電流諧波含量與接觸網(wǎng)中牽引電流的諧波含量并不相同，與機(jī)車(chē)一次電流中的諧波含量也是不同的。之所以不能忽視雜音的影響則是因?yàn)橹C波振蕩以及諧波附近高次諧波的影響。所以，在對(duì)諧波的電流傳輸情況進(jìn)行分析時(shí)要盡可能計(jì)算出準(zhǔn)確的雜音系數(shù)。從下圖機(jī)車(chē)電流以及變電所的電流波動(dòng)圖中可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)車(chē)電流的波形更加平滑，變電所電流的波形程度更加明顯。從平滑到顯著的波形變化并不是一瞬間出現(xiàn)的，而是在電流傳輸過(guò)程中不斷增加擴(kuò)大的。國(guó)外有學(xué)者使用模擬裝置對(duì)機(jī)車(chē)電流以及變電所電流的波形變化進(jìn)行研究測(cè)算，在內(nèi)阻為0的變電所單臂供電區(qū)，遠(yuǎn)端是整流機(jī)車(chē)，機(jī)車(chē)電流中有高次諧波的成分，相應(yīng)區(qū)段長(zhǎng)度為含波長(zhǎng)的諧波電流，所以諧振開(kāi)始變大，更加顯著。在接觸網(wǎng)中，同樣頻次的高次諧波振幅在機(jī)車(chē)到變電所的過(guò)程中不斷提升，從波形圖中就可以看出這一變化。圖3.1機(jī)車(chē)一次電流和變電所牽引電流波形圖接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)的諧振，無(wú)疑使某些諧波的干擾影響加大。蘇聯(lián)防護(hù)規(guī)程將定為波系數(shù)()，這一規(guī)程涉及到了接觸網(wǎng)、變電所中的多項(xiàng)參數(shù)和雜音系數(shù)計(jì)算方法。因?yàn)楝F(xiàn)階段我國(guó)針對(duì)電鐵接觸網(wǎng)中對(duì)通信干擾的計(jì)算過(guò)程中，主要將變電所中的等效干擾電流作為實(shí)際測(cè)量數(shù)值，但是將整個(gè)區(qū)段的電流都看作等效干擾電流，這樣計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度就會(huì)降低，與實(shí)際有一定差距。3.2通信回線的敏感系數(shù)電鐵系統(tǒng)中諧波對(duì)通信情況的干擾其他電力系統(tǒng)相同，但是也有一些不同之處，這也是他的特點(diǎn)。在電鐵的供電系統(tǒng)中，因?yàn)樨?fù)荷大小會(huì)受到機(jī)車(chē)的運(yùn)行情況影響，同時(shí)由接觸網(wǎng)中諧波的供電方式、供電臂的距離、機(jī)車(chē)的種類(lèi)以及具體的機(jī)車(chē)部分等多種因素共同決定。所以干擾源時(shí)刻都在變化。與此同時(shí)，通信系統(tǒng)中，回線的不平衡度對(duì)干擾情況也具有極大的影響。干擾源、不平衡點(diǎn)、負(fù)荷大小等都是具有一定隨機(jī)性的，所以通信回線上的雜音也存在隨機(jī)性的。因此，要使用理論上的計(jì)算方式進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果的有效性也是有待商榷的?，F(xiàn)階段使用理論計(jì)算的方式來(lái)計(jì)算通信系統(tǒng)回線的平衡度，即回線對(duì)干擾的敏感系數(shù)，是有一定難度的。但是使用模擬測(cè)量來(lái)計(jì)算和驗(yàn)證也并沒(méi)有統(tǒng)一。實(shí)際的測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，在同一條市內(nèi)電話線的回線上，值差在一個(gè)數(shù)量級(jí)中。加感回線是不均勻回線的一種，所有加感點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生上電波反射，平衡度受到頻率影響。所以，在一樣的前提條件霞，針對(duì)不同回線得到的測(cè)量值也是不同的。在寶鳳段運(yùn)行伊始，在電車(chē)運(yùn)行時(shí)，從部分回線階段的雜音系數(shù)的測(cè)算值中可以看出，回線敏感系數(shù)不是固定的，數(shù)值范圍很大，但是分布的較為集中，基本吻合日本的研究數(shù)據(jù)。研究結(jié)果顯示90%在40dB以上，50~55dB段較為集中。4電氣化鐵道諧波治理4.1減小諧波電流影響的措施通過(guò)設(shè)置并聯(lián)電容補(bǔ)償裝飾過(guò)濾諧波。將并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置與電抗器相連接，設(shè)置合適的電容器組合電抗器的數(shù)值，就能夠使得并聯(lián)電容能夠過(guò)濾諧波。這也是現(xiàn)階段使用較多的過(guò)濾諧波的方式。設(shè)并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置中電容器組的基波容抗為、串聯(lián)電抗器的基波感抗為，則并補(bǔ)償?shù)幕ㄗ杩?、諧波阻抗。 (4.1)如公式(4.1)當(dāng)，即并補(bǔ)償裝置發(fā)生地n次諧波串聯(lián)諧振時(shí)，相當(dāng)于第n次諧波在并補(bǔ)償處被短路，即濾掉了第n次諧波。此時(shí)有即，所以或。也就說(shuō)，當(dāng)或時(shí)，并補(bǔ)償裝置濾掉了第n次諧波。但注意的是，這只是濾掉了第n次諧波，而其余諧波仍將進(jìn)入電力系統(tǒng)。變流器通過(guò)多脈沖化的方式能夠有效的減少的諧波電流的產(chǎn)生，同時(shí)還能降低中的諧波含量。這種方式使得進(jìn)入電網(wǎng)中諧波降低。對(duì)于電力機(jī)車(chē)上的并聯(lián)補(bǔ)償裝置設(shè)置，可以在變壓器次邊的調(diào)壓繞組間以及基本繞組間設(shè)置諧波過(guò)濾裝置。這種并聯(lián)諧波過(guò)濾裝置能夠過(guò)濾到3次諧波以及5次諧波，降低機(jī)車(chē)中電流的諧波含量。4.2諧波的治理方法目前常用的諧波治理的方法有六種，分別是設(shè)置電抗器、有源電力濾波器、濾波模塊裝置、新型變流器、使用D-YN11接線組別的三相配電變壓器。下面對(duì)這六種方法進(jìn)行詳細(xì)的分析。目前，諧波的治理方法主要是降低諧波的產(chǎn)生以及抑制諧波的產(chǎn)生。可以選擇合適的供電方式來(lái)解決這一問(wèn)題。可選擇的供電方式有：抑制電容器擴(kuò)大諧波、增強(qiáng)設(shè)備的抗諧波性能；提高針對(duì)諧波的設(shè)備保護(hù)能力；轉(zhuǎn)變針對(duì)諧波的工作方式以及限制諧波源的產(chǎn)生能力，應(yīng)用多重化及時(shí)等手段。然而受到設(shè)備情況、效率要求、成本限制、可靠程度及實(shí)用效果等多種情況的影響，諧波并沒(méi)有被完全限制或者消除。例如，使用失諧電抗器來(lái)限制諧波諧振的擴(kuò)大，其在諧波過(guò)濾方面的作用微乎其微?，F(xiàn)階段使用較多的諧波治理方法就是在公共電網(wǎng)以及諧波源設(shè)備系統(tǒng)附近使用LC無(wú)源電力濾波器，兼顧諧波吸收和功率補(bǔ)償兩個(gè)方面，運(yùn)行環(huán)節(jié)和維護(hù)過(guò)程都十分便捷，成本消耗少，技術(shù)可靠性也較高，但是治理效果卻遲遲難以提升，諧波過(guò)濾的情況并不穩(wěn)定。如果濾波設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，那么將會(huì)加重諧波對(duì)電網(wǎng)以及用電器的惡劣影響。同時(shí)，設(shè)備的運(yùn)行需要大量有色金屬的支持，體積巨大，占據(jù)較大的空間，逐漸脫離了時(shí)間發(fā)展的腳步。在使用有源濾波器過(guò)濾諧波時(shí)發(fā)現(xiàn)，設(shè)備的運(yùn)行不會(huì)被阻抗的情況所干擾，同時(shí)還能夠補(bǔ)償無(wú)功功率以及負(fù)序電流，還能夠集中治理多個(gè)不同次數(shù)的諧波。隨著時(shí)代的發(fā)展以及濾波技術(shù)的提升，以瞬時(shí)無(wú)功功率為理論基礎(chǔ)進(jìn)行的諧波檢驗(yàn)方法更加全面科學(xué)，同時(shí)在自動(dòng)化和數(shù)字信號(hào)技術(shù)的推動(dòng)下，有源濾波器的發(fā)展腳步加快，開(kāi)始進(jìn)入實(shí)踐測(cè)試。4.2.1采用適當(dāng)電抗器變頻器的輸入側(cè)功率因素由設(shè)備中的AC/DC變器傳亮，降低40%左右的進(jìn)入電網(wǎng)中的電流的THDV值。濾波效果較為明顯，可達(dá)50%左右。4.2.2裝設(shè)有源電力濾波器現(xiàn)階段使用較廣的抑制諧波的設(shè)備時(shí)有源電力濾波器。該濾波器主要是通過(guò)串聯(lián)或者并聯(lián)到主電路中來(lái)發(fā)揮作用，及時(shí)對(duì)補(bǔ)償對(duì)象中的電流進(jìn)行檢測(cè)，如果檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其中存在補(bǔ)償電流，那么補(bǔ)償裝置則會(huì)發(fā)出一個(gè)與諧波各數(shù)值相同或者相似，但是方向相對(duì)的補(bǔ)償電流，保證電網(wǎng)中只有基波電流進(jìn)入，沒(méi)有諧波進(jìn)入。該濾波器受到系統(tǒng)的影響較少，不會(huì)出現(xiàn)放大諧振等惡劣影響。效果良好且風(fēng)險(xiǎn)低，受到多個(gè)國(guó)家的青睞，在日本，該裝置已經(jīng)被應(yīng)用到了實(shí)際中。4.2.3采用多相脈沖整流如果諧波情況較為輕微，抑制和治理要求較低時(shí)，可以使用多相脈沖整流的方法來(lái)進(jìn)行諧波治理。12相脈沖整流的THDV約為13%，18相的脈沖整流約為5%，已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。但是需要特別