电气化铁路的谐波标准问题

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1、电气化铁路的谐波标准问题1问题的由来礼经电器改革开放以来我国电气化铁路(以下简称电铁)获得迅速发展。目前全国电铁通车里程已逾万里，遍及18个省(自治区、直辖市)电网。电力机车整流负荷中含有较大的谐波，由于滤波措施不得力，电铁大量谐波注入公用电网。据不完全统计，自电铁投运30多年来，其谐波和负序已引发200MW发电机跳闸，山西、河南和贵州等省电网大面积停电或系统解列，电网产生局部谐振，网损明显加大，发电机转子损坏，继电保护和自动装置非正常频繁启动，用户电动机和电容器大量烧坏或不能正常运行，小火电厂不能就近并网等一系列危害，使国民经

2、济蒙受了巨大的损失。随着电铁运量增加和向东部发达地区扩展，如电铁谐波仍不能得到及时治理，其产生的危害将会更加严重，对此应有足够的估计。关于电铁的谐波标准，一直是电力和铁道2大部门争论的焦点。电铁谐波实际上长期处于失控状态。几乎每个电铁工程均引发了谐波标准的争议，为此国家计委委托中国国际工程咨询公司协调此事。1997年5月成立了专家工作组(由电力、铁道2部及一些高等院校的专家、教授组成)，在中咨公司的领导下开展工作已达1年多，尚未得出结果。本文试图结合对国外有关标准的介绍，指出谐波国标用于电铁的问题，并以电铁南昆线和京广线上6个牵

3、引站作为计算实例，提出确定电铁谐波限值计算方法，希望能为解决此问题起抛砖引玉的作用。2国外的有关情况从收集到的英国、加拿大、新西兰、澳大利亚、美国、南非［1～8］等国家和地区的有关标准可以看出：(1)目前电气化铁路的谐波问题已经普遍受到各国的关注。在电铁规划设计阶段，均应作为一个必须认真对待的技术问题。(2)电铁的谐波限值一般服从各国电力部门制定的谐波标准，铁路部门努力采取措施，力求达到要求。(3)针对电铁的特点，各国在贯彻标准上有不同的做法。例如，英国制定了专门工程导则(P.24)，对电铁负荷的取法及波形作出规定；有些国家对电

4、铁谐波标准作些弹性处理。对于110kV及以上系统，电压总畸变率不超过3%，单次谐波不超过1%(这里是否包括背景谐波似乎不太一致)；有的国家按本国谐波国标执行。3谐波国标用于电铁的问题GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》是在总结执行原水电部《电力系统谐波管理暂行规定》(SD126-84)的经验，系统地研究了标准的有关问题，结合国情，吸收国外谐波标准研究成果的基础上提出的，作为推荐性国家标准，于1994年3月实施。实际上，此标准为国内唯一的公用电网谐波标准，经《电力法》规定为保证电能质量的依据(当然只限于谐波指标)之后，

5、就带有权威性，因此应当严肃执行。但是必须指出：(1)从总体上讲，电网谐波水平是由各级谐波电压来表征的(即各次谐波电压含有率和电压总谐波畸变率)。尽管国际上对此尚未统一，但在《谐波国标》制定中已作过大量调研和论证，不应任意变动(如果要变动，也应立修订计划)。电铁作为公用电网的一个用户，必须以此规定为出发点来分配应得的谐波指标。(2)《谐波国标》中其它规定的内容(例如有关电流分配的计算，谐波合成计算，测量仪器和测量方法等)在国外有的标准中干脆不写，有的标准中为了执行方便起见也写上，但很原则，难以概括在实际执行中遇到的种种问题。国标就

6、是采用了后一种写法，实际上也遗留很多问题，通过近几年的执行，也发现不少问题，因此应配套制定“技术导则”之类的文件加以详细补充明确。国标中这些规定，不应等同于(1)中的内容，对这方面作合理的修订、补充，不应视为违反国标或《电力法》。事实上标准的权威性是以其科学性为前提的，强行坚持标准中不合理的(或过时的)规定或做法最终会使标准失去权威性和严肃性，不利于标准的贯彻。《谐波国标》制定中，在处理电铁等负荷的3次谐波电流限值方面考虑欠妥。国标是参照英国G.5/3规定，结合我国电力系统的实情，一律放宽到以奇次电压谐波含有率限制值的60%来计

7、算谐波电流允许值。显然，这里存在以下2个问题：(1)对那些本来就不产生3次特征谐波的用户(例如6相、12相整流负荷)也放宽到60%是不合理的。而系统中一般大多数谐波源以5、7次等为主，将这些负荷3次谐波电流控制在50%甚至更低水平是完全可能的，一律放宽的做法不妥。(2)电气化铁路、工业(交流)电弧炉等负荷，3次谐波是其最大的特征谐波，只分到比非特征谐波略多一点的指标是显得偏严的，而且这样给指标违背“公平对待一切用户”的原则，因为标准中之所以将偶次谐波电压定为奇次谐波电压的一半，就是因为一般电网中偶次谐波是其非特征分量，可以控制得

8、严一些。奇次谐波(5、7、11、13等次)是特征分量，应当放宽，否则标准就过严了。这个原则也应适用电铁、电弧炉等负荷的3次谐波限值确定上。此外，英国G.5/3规定中没有按供电容量分配谐波指标问题，参照G.5/3规定来确定给予用户的3次谐波电压的比例未必合适。基于