《牵引供电系统》-第十章谐波资料.ppt

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1、第十二章牵引供电电能质量第一讲谐波2谐波的基本概念“谐波”一词起源于声学。有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪己经奠定了良好的基础。傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。电力系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，对于满足狄里赫利条件非正弦电量可分解为一系列频率为电网基波频率整数倍的正弦分量。3牵引供电谐波的产生（1）电源含有的谐波受工艺、环境以及制作技术等方面的限制，发电机三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，多少也会产生一些谐波。（

2、2）输变电过程产生的谐波输变电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线特性以及额定工作磁密位于磁化曲线近饱和段上等诸多因素，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，含有大量奇次谐波。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大。（3）负荷产生的谐波：用电环节含有大量非线性负载，如晶闸管式整流设备、变频装置、电子荧光灯镇流器、调速传动装置、不间断电源(UPS)、磁性铁芯设备及某些家用电器等，均能产生非正弦电流。4牵引供电谐波的产生在牵引供电分析中，一般只考虑牵引负

3、荷也就是电力机车产生的谐波。现行的电力机车有传统的交直型和新发展起来的交直交型两种，交直型电力机车的牵引负荷是单相非线性的，在牵引工作状态时，整流回路投入工作，其功率因数偏低，含有较丰富的奇次谐波。随着电力电子技术的迅速发展，电力机车已经实现由直流传动向现代交流传动的转变，采用交流传动模式，不仅是牵引动力上的进步，也可以大幅度提高电力机车的功率因素和显著改善电力机车牵引取流的波形。5牵引供电谐波的危害1、高压输电线路及牵引网线路的影响。由于输电线路阻抗的频率特性，线路电阻随着频率的升高而增加。在集

4、肤效应的作用下，谐波电流使输电线路的附加损耗增加。另外输电线路存在着分布的线路电感和对地电容，它们与产生谐波的设备组成串联回路或并联回路时，在一定的参数配合条件下，会发生串联谐振或并联谐振。一般情况下，并联谐波谐振所产生的谐波过电压和过电流对相关设备的危害性较大。可能构成某次谐波的谐振回路,造成牵引负荷谐波电流的谐振放大。6牵引供电谐波的危害2、对牵引变压器的影响谐波电流流过牵引变压器，将产生集肤效应和邻近效应（相邻导线流过高频电流时，由于磁电作用使电流偏向一边的特性，称为“邻近效应”)，在绕组中

5、引起附加铜耗，同时也使铁耗相应增加。另外3的倍数次零序电流会在三角形接法的绕组内产生环流，这一额外的环流可能会使绕组电流超过额定值。对于带不对称负载的变压器来说，如果负载电流中含有直流分量，会引起变压器的磁路饱和，从而会大大增加交流激磁电流的谐波分量。这些导致变压器容量减小、效率降低。7牵引供电谐波的危害3、对电力电容器的影响因在高次谐波下的容抗要比在基波下的容抗小得多，从而使谐波电流的波形崎变更比谐波电压的波形畸变大得多，即便电压中谐波所占的比例不大，也会产生显著的谐波电流。特别是在谐振的情况下

6、，很小的谐波电压就会引起很大的谐波电流，使电容器成倍地过负荷，导致电容器因过流而损坏。8牵引供电谐波的危害4、对测量表计的影响由于相当一部分测量表计是按照标准正弦测量对象设计的，故谐波还会对牵引供电系统中使用的大量测量和计量仪器的指示正确性产生不良影响，可能导致电压表、电流表、功率表、电度表等计量产生较大误差，严重时会导致计量混乱。9牵引供电谐波的危害5、影响继电保护和自动装置的其可靠性对电力系统中以负序(基波)量或谐波量为基础的继电保护和自动装置的影响十分严重，这是由于这些保护装置整定值小、灵敏

7、度高，如果叠加上谐波的干扰则会引起误动或拒动，例如主变复合电压启动过电流保护装置负序电压元件误动、主变纵联差动保护谐波制动失灵、母线差动保护的负序电压闭锁元件误动以及线路各种型号的距离保护、故障录波器等发生误动作，严重威胁牵引供电系统的安全运行。10牵引供电谐波的危害6、干扰通信和信号系统的工作电力线路上流过的3、5、7、11等幅值较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合，在邻近电力线的通信线路中产生干扰电压，干扰通信系统的工作，甚至在极端情况下，还会威胁通信设备和人员的安全。同时，当前铁道信号系统大量

8、使用钢轨传输电码信号，轨回流中的高次谐波成分将对其产生较大影响。除了对铁路自身影响外，牵引供电系统容量较大，对于公共电网的谐波污染较为严重，可能危及整个电网的安全稳定。11牵引供电谐波抑制的措施1、采用新型电力机车交直型电力机车通过增加整流装置的相数可以有效的消除幅值较大的低频项，从而大大地降低了谐波电流的有效值。现代交流传动动车组和电力机车均采用了四象限变流器作为输入端变流装置，较好地满足了电力牵引设备对于功率因数、等效干扰电流、牵引和再生制动能力方面的特殊而苛刻的要求，可以使电