[实用新型]电气化铁路牵引变提高供电可靠性和抑制谐振装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电气化铁路牵引变提高供电可靠性和抑制谐振装置。

背景技术

电气化铁路是最早使用电力驱动的铁路运输线，多采用Y/d—11接线的110kV/ 27.5kV变压器供电，供电臂选用27.5kV三相电压中的其中两相，另外一相作为公共端与接 地网和铁轨连接。列车上的驱动动力为SS系列韶山电力机车，采用整流器供电的直流马达 动力，而且直流马达前均配置串联电抗器。从理论上分析该电力机车除产生3、5、7、9、等低 次谐波电流外，本身不易产生较高频率的电磁谐振。但实际情况是电网中的高压直流输电 设备和高铁动车产生的高频直流电脉冲电流渗透到电网的各个角落，而电气设备的绝缘材 料是相同的，能穿透高铁动车驱动系统电气设备的谐振电流同样穿透电气化铁路动力电气 系统并引起相同频率的谐振。且直流电脉冲都会产生残余直流电压，在雷击过程中若残余 直流电压与雷电压符号相反造成电压迭加将会打坏设备。以福建地区为例，目前的交直流 耦合谐振主要由高铁动车产生，高频直流电脉冲渗透到400V低压配电网中会有较大幅值， 对于110kV供电的电气化铁路的影响还不大。但是，高压直流输电的换流站是交流500kV，高 频直流电脉冲电流渗透到电气化铁路27.5kV供电臂上，产生的高频直流电脉冲电压幅值高 于正常交流电压幅值。厦门柔性直流工程即将正式投运之后并逐渐带负荷将是个转折点， 110kV以上电网的高频直流电脉冲电压幅值将会上一个台阶。

目前，我国电网存在着严重的交直流耦合高频率电磁谐振问题，在福州市内普通 220V交流民用电源上接入一个额定值450VAC、60μF的电容器，在不同时间断开电源后测试 其残留的不同直流电压在+300V～-350V范围内变化。证明在发生交直流耦合谐振时高频 率直流电脉冲可以进入交流电网，而且直流电脉冲的幅值和符号是变化的，最大幅值可以 高于交流电压峰值。这种谐振的重要原因是电网中和电力用户的大量整流设备在直流侧均 有与接地网相通的接地点，与交流侧接地点相通后构成交-直电气回路，而且极易启动交直 流耦合电磁谐振。高速铁路和动车牵引变一般由电网的220kV线路供电，避雷线会将电网侧 接地点和牵引变的接地点相连，电网的振荡波可以经过线路传送至高速铁路动车组；行驶 中的动车组产生的交直流耦合谐振波也可以顺利传送至电网。由于CRH系列动车组的整流 器和逆变器均采用高速度调节功能的IGBT元件，可以产生高频率直流电压脉冲分量。令人 吃惊的是高压直流输电换流站产生的高频直流电脉冲经变压器绝缘材料渗透到低压侧，比 高铁动车所产生的的高频直流电脉冲更严重。产生更严重的高频直流电脉冲的高压直流输 电设备在福建地区刚投入试运行，而上海、浙江一带高压直流输电线路已经大量投运，浙江 电网的高频直流电脉冲谐振比福建电网严重得多。CRH系列动车组电路中装设了不少并联 电容器，还有氧化锌避雷器正常运行时有较大的电容性（氧化锌的介电常数较高）；会同步 吸收直流电脉冲的电量造成累计直流电压，而且幅值有可能大于实际运行额定电压。还有， 如果直流电脉冲主要由交流负半周导通的整流器开关管偏差造成，则会出现交流侧的高频 直流电脉冲的幅值为负值，但直流侧的直流电脉冲的幅值为正值。这时若雷电波以直流正 电压击中带负电压的高频直流电脉冲的接触网，避雷器、变压器、整流管、电容器、相关控制 电路和辅助监测发信电路均会遭受严重的冲击。温州动车事故中雷击击坏了动车电力驱动 系统也是存在相同的原因的。