关于牵引变电所自用变谐波问题的探讨迟志鹏谈志强

迟志鹏谈志强

摘要：对于牵引变电所自用变存在的谐波问题进行分析，对27.5kV自用变谐波问题提出解决方案。

关键词：牵引变电所；自用变；谐波；探讨

牵引变电所是电气化铁路中重要的组成部分，担负着电气化线路供电的作用，是电气化铁路的心脏。目前，综自、远动和交直流设备大量应用，对牵引变电所进行监控和保护，是保证牵引变电所正常运行不可或缺的保护设备，而变电所内的自用变担负着提供保护设备正常工作电源的重要作用。现就牵引变电所自用变存在的谐波问题进行探讨，对其危害性进行研究，对存在的问题进行分析，提出初步解决方案。

一、牵引变电所自用变情况

牵引变电所的综自、远动和交直流设备的电源均来自自用变，自用变电源质量的高低决定着这些设备的运行质量。牵引变电所的自用变主要由两种方式：一是采用外接10kV电源作为所用电源，一般由10kV贯通电源提供，采用10kV/380V/220V的干式变电器；二是采用所内27.5KV电源作为所用电源，一般直接从所内母线上接引,采用27.5kV/380V/220V的干式变压器。

二、谐波存在的危害和影响

1、谐波存在的危害主要有以下几个方面

①影响供电系统的无功补偿设备，谐波注入电网时容易造成变电站高压电容过电流和过负荷，在谐波场合下，电容柜无法正常投切，更严重的请况下，电容柜会将电网谐波进一步放大。

②影响设备的稳定性，尤其是对继电保护装置，危害具大。

③谐波的存在会造成异步电动机效率下降，噪声增大；使低压开关设备产生误动作；对工业企业自动化的正常通讯造成干扰，影响电力电子计量设备的准确性。

④谐波的存在会使电力变压器的铜损和铁损增加，直接影响变压器的使用容量和使用效率；还会造成变压器噪声增加，缩短变压器的使用寿命。

2.影响电能质量的主要有几下几个方面

电能质量的关键指标中，电源电压质量的标准是一项重要的内容，它主要以频率质量指标和电压质量指标来衡量。频率质量指标为频率允许偏差的标准；电压质量指标包括电压幅值质量和波形质量。幅值质量包括电压允许偏差、电压波动和闪变、三相电压不平衡度、瞬时过电压与暂态过电压等。波形质量包括谐波含量和电压正弦波波形的畸变率。电压质量主要是受到大容量非线性负荷及冲击性负荷的影响。凡是具有非线性阻抗特性的电气设备都是电能质量的污染源，包括各种电力电子设备的用电负荷、炼钢电弧炉负荷、电力机车负荷等，使电网中产生电压波动与闪变、产生高次谐波电压、造成系统电压不平衡等，从而引起电压正弦波形畸变。冲击性负荷的影响，主要使电网中大功率用电设备的启动和切换。电能质量的污染，影响到电力系统、电力用户、通信系统及其他相关行业。因此，电源电压质量指标恶化并造成危害不仅影响了电力系统和相关领域的正常运行，而且对正常的安全可靠用电也造成了一定的威胁。

三、牵引变电所自用变存在的谐波问题和原因分析

2010年7月，菏兖日线莒南变电所、济宁西变电所相继出现交流所用电源由10kV切换至27.5kV电源后，由于外部电源质量存在问题，烧损所内西门子双电源切换装置和交直流监测模块，导致交流屏失去外部电源的情况，综自、远动设备失去电源，不能正常对设备进行监控和操作，严重影响牵引变电所的正常运行，给供电安全带来隐患。

通过对菏兖日线10个牵引变电所的27.5kV自用变二次电源进行电能质量监测发现，10kV所用电源电能质量较高，27.5kV交流电源中含有大量高次谐波，其中以三次谐波是主要成分之一，电压极不稳定，电能质量偏低，不能满足综自等保护设备对电源的需求。

我们对造成大量高次谐波出现的原因进行了认真分析和监测，基本排除了由地方110kV外电源引入的可能，主要原因一是菏兖日线各牵引变电所1ZB直接引自27.5kV母线，由于线路运行的电力机车多为交直型，由于机车内部大功率晶闸管整流装置及大量开发应用，造成整个负载呈现容性，机车本身不具备消除谐波的能力，导致了大量的高谐波向牵引变电所返送；二是由于电气化铁路的负载是非线性负责，负载变化较大，因负荷变化频繁并含有大量高次谐波向27.5kV侧反送，使得接引自27.5kV母线自用变二次输出电压极不稳定，电能质量均较低，同时含有大量高次谐波。

四、解决问题的对策

通过对自用变存在的谐波问题进行认真分析，结合电力系统治理谐波的经验，主要对策有以下三个方面：

1.积极联系机务部门，对线路运行的电力机车进行换型，更换为交直交型电力机车，防止因负荷变化引起高次谐波。

2.采用10kV贯通电源作为所电主电源，无特殊原因，不得使用27.5kV自用变电源。

3.对27.5kV自用变二次电源进行谐波治理，彻底消除所用变高次谐波存在，电能质量差的问题。

因第1、2项对策因各种原因很难兑现，重点对第3项对策进行了分析和研究，提出了具体的实施方案：

为彻底解决菏兖日线自用变存在的谐波问题，对27.5kV自用变二次电源进行谐波治理，拟在二次电源侧加装谐波治理装置，其主要原理如下：

谐波治理装置主要采用动态稳压电源，是一种串联型电能质量调节器，采用基于电力电子器件的PWM逆变器结构，其主电路主要由隔离变压器、滤波装置、整流装置、逆变装置、储能装置及补偿装置组成。其基本结构及系统连接如图所示。

主要元件组成：熔断器、滤波器、整流桥模块MDS、电容器、断路器、其他设备。

动态稳压电源，能动态抑制和稳定电压的跌落、浪涌、闪变，具有良好的动态电压补偿能力，可以有效抑制谐波、三相不平衡。将动态稳压电源串接在电源系统与负载间，能为负载提供稳定、可靠、高效的电能，有效消除大量的高次谐波。同时要求装置容量不小于三相10kVA，因日照变电所采用单相电源，因此要求装置容量不小于单相10kVA。

通过加装二次谐波治理装置，有效消除27.5kV自用变二次电源存在的高次谐波，提高电能质量，保证综自、远动和交直流设备的正常运行。

结束语

谐波治理是一项复杂的工程，加装谐波治理装置仅能消除部分高次谐波，确不能解决供电系统的存在谐波问题，只有对负载、外部电源等进行合理配置，采取必要的措施，才能有效避免谐波对系统的影响，提高电能质量，确保设备正常运行。