王崗牽引變電所諧波缺陷整治淺析

邵激楊

摘 要：通過對王崗牽引變電所因諧波引起故障情況的分析，集中力量開展基礎(chǔ)研究、測試、分析，進行了模擬試驗和整治攻關(guān)活動，依托現(xiàn)場情況和相關(guān)標準規(guī)程的要求，從技術(shù)和管理兩方面對王崗牽引變電所諧波進行整治。

關(guān)鍵詞：高次諧波 在線監(jiān)測 低頻諧振電壓

中圖分類號：TM922.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（b）-0061-01

隨著牽引供電系統(tǒng)內(nèi)交流電力機車的廣泛應(yīng)用，非線性負荷不斷增加，牽引供電系統(tǒng)中的諧波含量不斷上升，諧波污染對供電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行構(gòu)成潛在威脅，給電氣環(huán)境造成較大影響，因此，在保證牽引供電系統(tǒng)安全可靠運行的前提下，優(yōu)化機車運行數(shù)量、配置有效的技術(shù)手段及防范措施，以改善牽引供電系統(tǒng)供電質(zhì)量。

1 故障概況

2011年10月22日16：20哈爾濱南站至五家站間接觸網(wǎng)臨時停電。原因為王崗牽引變電所電容1補償報警，王崗牽引變電所221、212、215、101、201、211、214、222斷路器相繼跳閘。根據(jù)變電所保護動作情況及電容器出現(xiàn)的鼓包現(xiàn)象初步分析，引起變電所總保護動作致使全所跳閘的原因可能是牽引負荷產(chǎn)生的高次諧波影響造成。

2011年11月30日19：40至20：15分，王崗變電所牽引供電范圍內(nèi)運用的8臺SS9型電力機車RC支路共計18個電阻燒損，導(dǎo)致多次旅客列車晚點。

2 并聯(lián)電容補償裝置故障情況檢查

牽引變電所內(nèi)采用并聯(lián)電容補償裝置，采用并聯(lián)電容無功補償裝置是對變電所技術(shù)指標和經(jīng)濟性能起到一個綜合的作用，補償系統(tǒng)無功，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，構(gòu)成有效的濾波通路，同時有效的降低牽引變壓器功率損失和網(wǎng)損，提高牽引變壓器的容量利用率。組合后額定總電容量：8.89 uF，單只電容額定總電容量：17.78 uF、額定電壓：27.5 kV、額定電流：87.3 A。

故障電容器測試電容量為0.0015 uF，通過對故障電容器進行拆解，采集介質(zhì)絕緣油樣，顏色呈黑灰色，含有雜質(zhì)，絕緣油放出過程中間位置采取樣品進行電氣試驗，耐壓試驗電壓升10～12 kV電壓等級絕緣介質(zhì)擊穿，電氣指標不合格，僅能滿足額定電壓耐壓（9928 V）水平。

將電容器解體，檢查整組電容器外觀，電容板由上至下第42～44塊單獨的電容板兩側(cè)出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，主要擊穿電容板為第43塊，擊穿造成極板兩側(cè)絕緣介質(zhì)破裂，兩側(cè)破裂寬度分別為15 cm和10 cm，外殼內(nèi)部相對應(yīng)位置金屬外殼有3點電弧灼燒痕跡。

3 引發(fā)故障原因分析

3.1 運行電壓原因

正常運行情況下，此種電容器在所有氣候條件下都使用，電容器的外殼溫度不得超過60 ℃，運行電壓不應(yīng)該高出額定電壓的10%，運行電壓過高，將減少電容器的使用壽命，電容器內(nèi)介質(zhì)的損耗與電壓的平方成正比，運行電壓升高，電容器的介質(zhì)損耗將增大，電容器溫度上升，造成絕緣下降，導(dǎo)致?lián)舸p壞。

3.2 高次諧波及過流原因

牽引網(wǎng)中的HXD3B、HXD3C型號交流傳動電力機車（包括CRH5型動組車）在運用給流運行中均會產(chǎn)生高次諧波，同一時段內(nèi)在線交流傳動電力機車運用數(shù)量較多，而直流電力機車運用臺數(shù)較少，導(dǎo)致高次諧波電流逐漸上升，諧波次數(shù)能夠達到基波頻率的100倍，并且在500 Hz至數(shù)KHz有多個波段諧波存在。

牽引網(wǎng)中的諧波源（機車），如果投入并聯(lián)電容補償裝置，會造成系統(tǒng)中的諧波更大，產(chǎn)生涌流現(xiàn)象，如果條件具備可以對電容器網(wǎng)電處的諧波分量進行測試，確定安裝的串聯(lián)電抗器的容量。王崗所的并聯(lián)電容補償裝置采用的串接電抗器，以此抑制高次諧波，在設(shè)計中應(yīng)該考慮到抑制三次諧波電抗器的容量與電容器組的容量應(yīng)滿足下列關(guān)系，QDK≥QDR /n2 ×100%，哈大既有線牽引變電設(shè)備不具備諧波在線監(jiān)測功能。

3.3 諧波共振

由接觸網(wǎng)、系統(tǒng)電源、牽引變壓器、電容補償器組成的牽引供電網(wǎng)絡(luò)具有一定的諧振頻率，當外部電流頻率與諧振頻率一致時，可引發(fā)諧波共振，交直交車的諧波電流頻譜分布廣泛，易激發(fā)牽引網(wǎng)，形成諧波電流放大或電壓畸變、電壓升高。

4 諧波產(chǎn)生的原因及危害

（1）諧波的產(chǎn)生影響電子設(shè)備的工作精度，將使得繼電保護和自動裝置出現(xiàn)誤動作，并使儀表和電能計量出現(xiàn)較大誤差。

（2）諧波產(chǎn)生的諧波共振引起諧波電流放大，流經(jīng)補償電容器組，引起電容器組熔絲熔斷及電容器過流損壞。

（3）諧波諧振會產(chǎn)生過電壓，施加在回路中的電容器、互感器以及斷路器等設(shè)備上，引起高壓電氣設(shè)備絕緣損壞。

（4）諧振引起的過電壓，導(dǎo)致避雷器在過電壓的作用下連續(xù)動作，最終會發(fā)生熱崩潰而損壞。

（5）諧波污染電能質(zhì)量引起直流機車元件損壞，如DC600V列供電源中RC支路電阻燒損。

5 諧波源測試

（1）裝設(shè)電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置對王崗牽引變電所饋線電壓、電流指標情況進行在線監(jiān)測，結(jié)合電力機車運行圖找出相關(guān)機車的諧波特性。

通過實際測量HXD3B、HXD3C和CRH5諧波主要包含23、25、27和29諧波，不含偶次諧波，單機在空載和負載運行時諧波量變化不大，但是諧波含有率差別很大；SS9型電力機車諧波以3、5、7、11和13等低次諧波為主；HXD3B型電力機車單機諧波含有量小于20 A，哈南上行區(qū)段內(nèi)輸出高次諧波最大30 A以內(nèi)，出口為哈站方向運行機車和牽引變壓器高壓側(cè)，哈南下行諧波更小些，持續(xù)時間更短。

（2）通過實時測試王崗牽引變電所饋線電壓波形畸變和電流高次諧波含量，找出低頻諧振頻率和諧波含量變化規(guī)律；諧波含有量高的時段發(fā)生在早晨客運列車集中到達時段，27次附近諧波最大可達到80 A以上，諧波含有率高達400%以上，原因是HXD3B、HXD3C和CRH5型車再生制動諧波疊加造成的，諧波出口為相鄰饋線上的運行電力機車和變電所的牽引變壓器高壓側(cè)。

6 采取技術(shù)措施

在王崗牽引變電所電流高次諧波在線監(jiān)測系統(tǒng)，對27.5 kV側(cè)饋線電流高次諧波實現(xiàn)在線監(jiān)測，通過設(shè)置與供電調(diào)度的在線遠程監(jiān)控系統(tǒng)對監(jiān)測的數(shù)據(jù)內(nèi)諧波含量和頻譜進行分析，通過設(shè)置的報警整定值實現(xiàn)實時告警。

監(jiān)測王崗所27.5 kV側(cè)母線低頻諧振電壓是否存在越線，整定值設(shè)定為28750 V， 214供電臂25次諧波含量越限告警設(shè)置為30、214供電臂27次諧波含量越限告警設(shè)置為35、212供電臂25次諧波含量越限告警設(shè)置為40、212供電臂27次諧波含量越限告警設(shè)置為45。

7 結(jié)語

在今后的工作中我們應(yīng)該在深入調(diào)研、現(xiàn)場實測、試驗研究的基礎(chǔ)上，運用新的技術(shù)手段及防控措施對牽引供電系統(tǒng)中存在的諧波污染進行綜合整治。

參考文獻

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