電力機(jī)車高壓電壓互感器諧波傳遞特性試驗(yàn)研究

［摘 要］我國電氣化鐵路大量采用交流傳統(tǒng)電力機(jī)車后頻繁出現(xiàn)車網(wǎng)電氣高頻諧波諧振問題，認(rèn)識并解決該問題先要做的是準(zhǔn)確測量寬頻范圍內(nèi)的電壓。因此，電力機(jī)車高壓電壓互感器的諧波傳遞特性越來越受到重視。文章采用諧波注入的方法，通過試驗(yàn)獲得電壓互感器一二次電壓信號，以離線計算的方式獲得電壓互感器在不同諧波頻率段的電壓變比、電壓相位偏移等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。此外，通過對比不同型號的電壓互感器試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析不同電壓互感器諧波傳遞特性的異同。研究結(jié)果可用于對電力機(jī)車測得的牽引網(wǎng)電壓的矯正，有助于提高測量信號的準(zhǔn)確度。

［關(guān)鍵詞］電力機(jī)車；諧波；電壓互感器；傳遞特性

［中圖分類號］TM92 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）07–0170–03

為滿足電氣化鐵路高速、重載發(fā)展的需求，交–直– 交型動車組、電力機(jī)車已成為我國電氣化鐵路的主力車型，但交流機(jī)車會向牽引網(wǎng)注入頻譜較寬、含量豐富的諧波電流，嚴(yán)重時會引起高次諧波諧振[1-2]。在我國，早期的諧振事故主要由CRH 系列動車組改造既有線和新建高鐵線引起。近年來，HXD 系列電力機(jī)車引發(fā)的諧振事故較頻繁，大秦線、遷曹線、寧岢線、瓦日線等重載線路多次發(fā)生諧振事故。

為了解決上述車網(wǎng)高頻諧波諧振問題，眾多學(xué)者提出了不同的解決方案[3-4]，但均需要包含主要諧波頻段的電壓準(zhǔn)確測量。在電力系統(tǒng)領(lǐng)域，相關(guān)研究成果多集中在電容式電壓互感器[5]。然而，針對電氣化鐵路電力機(jī)車的單相高壓電壓互感器的諧波傳遞特性研究很少，文章以典型的電力機(jī)車高壓互感器為例展開研究。

1 電壓互感器試驗(yàn)系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

文章通過試驗(yàn)研究電壓互感器諧波傳變特性，即在被試電壓互感器一次側(cè)施加諧波電壓，同時測量一次側(cè)和二次側(cè)電壓，然后對測量得到的電壓信號進(jìn)行傅里葉分解，分析諧波電壓作用下的電壓互感器的諧波電壓變比和相位偏移。

地面自動過分相系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要設(shè)備包含試驗(yàn)電源、升壓變壓器、被試電壓互感器及測量電阻。其中，試驗(yàn)電源可以根據(jù)設(shè)置產(chǎn)生不同頻率的電壓Us，再由升壓變壓器向被試電壓互感器施加指定的電壓信號UT1。此外，由高精度電壓傳感器測量得到升壓變壓器的輸出電壓，經(jīng)過傅里葉分解提取設(shè)定頻率的電壓幅值，再與設(shè)定值比較，然后對試驗(yàn)電源的輸出做出調(diào)整，確保加載至被試電壓互感器的電壓滿足設(shè)定要求。

1.2 試驗(yàn)電壓分析

為了獲得不同頻率下的諧波傳遞特性，文章采用逐次諧波注入的方法。試驗(yàn)時，將單次諧波電壓注入電壓互感器一次繞組。相關(guān)研究表明，電力機(jī)車發(fā)生高頻諧振時的諧振頻率一般不超過4 000 Hz，電壓諧波含量通常在10%～40%，而正常運(yùn)行時常在10% 以下。此外，電力機(jī)車的諧波頻率主要為基波頻率的奇數(shù)倍。