您的位置:首 页 > 新闻中心 > 行业新闻 > 轨道交通负荷电能质量检测简析

行业新闻

轨道交通负荷电能质量检测简析

发布时间:2022-12-22 10:32:21  浏览量:282
       近年来,国内轨道交通领域的发展日新月异,高速铁路、城市地铁的建设如火如荼,这些变化为国民经济、地方经济的发展奠定了良好的基础,大大繁荣了区域经济的互动,人们的生活、旅游方式也悄悄地发生了改变。
       在此同时,作为电力系统的工作人员,在享受轨道交通发展的便利的同时,也有必要思考这些发展带来的负荷用电特性变化以及其运行与电能质量、供电可靠性之间的关系,用来创建和谐的交通、供电环境,更好地为经济建设服务。
道交通负荷用电特性分析
1稳态电能质量变化
       众所周知,传统电气化铁路负荷具有冲击、不对称、直流电机拖动等特征。因而,其主要用电特性在电能质量领域表现为:自然功率因数较低,产生电压波动闪变、三相不平衡、2志±1(志为正整数)次谐波。
       目前,新型电气化机车均为交流电机拖动,为交直交型供电方式,其原理接线图如图1所示,均采用PWM整流、逆变方式。这一变化带来了较大的用电特性变化:平均功率因数可做到接近1;理论上不再产生传统的低次谐波,只产生与开关频率相关的高次谐波,谐波频谱可表示为砌。±忌∞,(n--1、3、5…时,k=0、2、4…;咒一2、4、6…时,忌一1、3、5…),式中cU。为载波频率(开关频率);∞,为调制波频率。如图2为某城际高速列车谐波电压实测频谱图(有高次谐波谐振现象)。
       目前,交流机车的功率较大,例如HXm型大功率电力机车功率10 000 kw,有的车需要两列机头;16辆编组时速350 km的动车组20000 kW。350 km/h时速时,若设定3 min追踪间隔,则对于30 km的供电臂,变电所的峰值功率超过120 MVA。因此除了应该关注其引起的高次谐波之外,还要关注其引起的三相不平衡度水平。
瞬态电能质量问题
       实际上,由于大规模可关断电力电子器件的应用,高速列车运行过程中将周期性地、快速地进行电力切换操作,这蕴含着应该特别关注的瞬态电能质量问题。瞬态电能质量问题主要包括脉冲型和振荡型两种瞬态现象。
脉冲型瞬态是一种单极性的突变,一般以上升时间和衰减时间进行表征。例如1.2/50,即上升时间1.2 ms,衰减时间50 ms。大部分脉冲型瞬态现象是由雷电引起的,如图3所示。由于这一波形的高频特性,使得其在有电阻的电路中传播时衰减很快,也容易诱发系统谐振,产生振荡型瞬态现象。 图3雷电引起的脉冲型电流波形振荡型瞬态现象是一种正负极性变化的突变现象,一般以幅值、持续时间、主要频谱(低频、中频、高频)特征进行描述。频率大于500 kHz的为高频振荡,多数是由系统操作引起的,或由脉冲型瞬态现象诱发。电力电子转换电路也会产生高频振荡型瞬态现象,而且按照一定的频率重复出现;频率在5 kHz~500 kHz之间的为中频振荡,例如,背靠背电容器投入会产生这样的振动现象,如图4所示。在三相系统中,瞬态现象可能出现在线对地、中性线对地、线对中性线等之间。
       浪涌(瞬态现象)冲击对配电系统中的连接设备具有多种负面影响:从小到难以察觉的元件及线路老化,到大的电路板烧毁、设备报废等各种损伤。具体而言,电子设备中的半导体元件的接口最容易在系统浪涌下发生老化;其次,如果浪涌电压超过设备额定电压2倍以上,绝大多数的半导体元件本身也会因此出现故障。另外,浪涌冲击对数据处理及传输设备也存在直接的影响,容易导致数据错误和元件故障。
      总之,配电系统中的浪涌(瞬变)冲击的危害可分为两个方面:硬件损伤;运行控制、数据处理发生偏差或错误。浪涌危害的机制目前还没有完全弄清楚,但是其危害造成的后果却是有目共睹的。同时,由于浪涌传播的耦合方式十分广泛(例如,直接耦合、感应耦合、电容耦合、电磁场渗透等),一种系统(例如电力系统)内的浪涌可以耦合到另外系统(例如通讯系统)从而引起危害。一般来说,浪涌的危害从下述角度考虑:绝缘损坏、闪络、机械损伤、发热、瞬时峰值功率过负荷、dV/dt、dI/dt。
道交通负荷电能质量检测
        由于轨道交通负荷电能质量污染源的上述特征,在其领域进行电能质量检测、设备选型时,其检测设备除满足《电能质量监测设备通用要求})(GB/T 19862--2005)以外,其技术、功能上还需满足下述要求:
(1)高的频率分辨率
        要求其检测频谱上限最低为50次谐波,最好为100次谐波。因而,其采样频率最低5 000 Hz~10 000 Hz,一般每周波最低采样128点或256点,最好选256点。考虑到频率混叠等原因,为了满足谐波检测的测量精度,采样频率可能还要更高,例如每周波采样512点。
(2)要求具有o~50或O~100次谐波之间的间谐波检测功能考虑到PWM整流设备工作中产生的频谱特征,其工作特征频谱频段周围将产生丰富的间谐波;而且,实际测试到的高铁谐波谐振频率往往在较高的间谐波频段。间谐波频率分辨率为5Hz。具体技术细节应满足GB/T 24337--2009{电能质量公用电网间谐波》。
(3)具有谐波检测数据的筛选功能
        对于0~100次谐波之间的谐波、间谐波数据,每一条完整的谐波数据包含100条谐波记录+100×10条问谐波记录,考虑到相位,共有2 200条记录。此时,不管采取什么间隔的集合时间(aggregationtime),例如3 min、10 min,这样庞大的数据对检测系统的性能将产生较大的影响。因此,应该依据这些负荷的谐波源特征,对数据进行筛选。
       此类负荷的主要谐波、间谐波特征往往集中在某些频段点上,虽然集中点经常变化,但集中在频段点上这一特征不变。因此,可预先设定筛选门槛值,对于小于此门槛值的记录不予保存,也不予传输,认为是零。
       轨道交通领域高脉动整流设备产生的特征谐波频谱较高,电网在高频谐波情况下的响应值得引起关注;交流拖动电机的应用使得全控型PWM整流电路广泛应用于轨道交通领域,这一变化带来的电能质量新问题值得关注;结合轨道交通负荷电能质量污染的特征进行检测设备选型是该领域全面电能质量检测所必须的;结合在线检测数据及机车固有谐波频谱分析接触网谐波响应特性是避免该领域频繁谐振的基本途径。

导航栏目

联系我们

联系人:林经理

手机:18158520369

地址: 杭州市西湖区西园五路6号奥强大厦1号楼11层1102

扫码联系我们 关闭
二维码