CN103915844A - 应用于交直交与交直混合机车牵引电气化铁道高通滤波器 - Google Patents

应用于交直交与交直混合机车牵引电气化铁道高通滤波器 Download PDF

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杨振龙
孙震洋
马志远
杜瑞建
邢晓乾
晋钰
庄德举
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Abstract

本发明提供一种应用于交直交与交直混合机车牵引电气化铁道高通滤波器，该高通滤波器包括有电感L支路，在所述电感L支路中串联电容C2构成C2-L支路，并与电感L支路中电阻R后构成R-（C2-L）并联支路，所述R-（C2-L）并联支路与电容C1串联构成高通滤波器。本发明的效果是该高通滤波器调节电容C2与电感L参数可同时实现滤除高次谐波电流，该高通滤波器通过配置电容C2与电感L参数在基波时可实现无有功损耗。

Description

应用于交直交与交直混合机车牵引电气化铁道高通滤波器
技术领域
本发明涉及一种应用于交直交与交直混合机车牵引电气化铁道高通滤波器。 
背景技术
随着交直交牵引电力机车逐步普及，交直交牵引电力机车功率因数高可达0.97以上；单机功率大，达10000kW；低次谐波含量低，谐波频谱变宽，出现了大量的高次谐波（750Hz以上）。 
随着我国电气化铁道交直交机车的投入运行，既有铁路同时存在交直交机车和交直机车，当供电臂及机务段、编组场内交直交机车与交直机车的比例超过一定数值后，交直交机车产生的高次谐波电流将把交直机车的内部的R-C回路作为低阻值回路，大量高次谐波电流通过R-C回路进行滤除，使得交直机车的电阻R功率超过额定值，导致电阻R烧毁。 
交直交机车运行在电气化铁路上，当供电臂内的电容与电抗的频率与交直交机车的高次谐波频率一致时将产生高次谐振，使得牵引变电所出口处电压瞬间抬升，危害牵引变电所设备,危及行车安全。 
高通滤波器可以滤除高次谐波电流，降低流经交直机车的高次谐波电流数值，保证交直机车R-C回路的正常工作,提高交直机车可靠性；高通滤波器还可以消除高次谐波电流抑制高次谐振发生，保证牵引供电设备可靠性，提高交直交与交直机车混运线路的牵引供电系统可靠性，提高运输效率。 
发明内容
本发明解决的技术问题是：由于交直交机车与交直机车混合运输，交直交机车产生的高次谐波电流对交直机车安全可靠运行造成影响，为了解决高 次谐波电流流经交直机车造成的电阻烧毁问题，提出一种应用于交直交牵引电气化铁道高通滤波器。 
本发明采取技术方案是提供一种应用于交直交与交直混合机车牵引电气化铁道高通滤波器，其中：该高通滤波器包括有电感L支路，在所述电感L支路中串联电容C2构成C2-L支路，并与电感L支路中电阻R后构成R-（C2-L）并联支路，所述R-（C2-L）并联支路与电容C1串联构成高通滤波器。 
本发明的有益效果是：该高通滤波器调节电容C2与电感L参数可同时实现滤除高次谐波电流；该高通滤波器通过配置电容C2与电感L参数在基波时可实现无有功损耗。 
附图说明
图1为本发明的高通滤波器构成示意图； 
图2a为本发明的带回流线直接供电方式抑制高次谐振构成示意图； 
图2b为本发明的AT供电方式抑制高次谐振构成示意图； 
图3为本发明的机务段、编组场、动车段所高次谐波抑制构成示意图。 
具体实施方式
结合附图对本发明的应用于交直交机车与交直混合牵引电气化铁道高通滤波器结构加以说明。 
本发明的应用于交直交与交直混合机车牵引电气化铁道高通滤波器，该高通滤波器包括有电感L支路，在所述电感L支路中串联电容C2构成C2-L支路，并与电感L支路中电阻R并联后构成R-（C2-L）并联支路，所述R-（C2-L）并联支路与电容C1串联构成高通滤波器。 
为实现高通滤波器滤除高次谐波电流降低对交直机车的影响其具体作法是： 
对线路运行的机车谐波频谱进行测试分析,分析主要存在谐波次数及含 量。 
将电容C2和电感L匹配成基波滤波支路，使得该支路在基波下阻抗为零。 
结合测量的高次谐波频谱，合理选择C1和R数值,使得整个高通滤波器能够滤除一定高次谐波电流，满足铁路运输需要,降低高次谐波电流对交直机车的危害。 
本发明的应用于交直交与交直混合机车牵引电气化铁道高通滤波器，该高通滤波器包括有电感L支路，在所述电感L支路中串联电容C2构成C2-L支路，并与电感L支路中电阻R并联后构成R-（C2-L）并联支路，所述R-C2-L并联支路与电容C1串联构成高通滤波器。使该支路在基波50Hz时呈现零阻抗，高次谐波>750Hz下呈现高阻抗。高通滤波器基波与高次滤波通路并存，可滤除高次谐波的同时兼顾降低该高通滤波器的基波有功损耗。 
所述电容C2与电感L串联构成C2-L支路，电阻R与C2-L支路并联后构成R-（C2-L）并联支路，该并联支路与电容C1串联构成了高通滤波器。电容C2与电感L构成基波通道，电阻R支路构成了高次滤波通道。高通滤波器中，在基波50Hz下,C2-L支路通过设置合适的C2和L参数，使整个支路在基波下呈现零阻抗，基波下电阻R支路两端电压为零，基波电流不流经电阻R支路，因此高通滤波器不产生基波有功损耗，基波下整个滤波支路成容性，无功容量为C1。 
在高次谐波>750Hz下,电容C1支路呈现低阻抗，C2-L支路呈现高阻抗，电阻R支路阻抗值不变，电阻R支路成为高次谐波阻值较小通路，高次谐波电流大部分流经R支路，高通滤波器达到滤除高次谐波目的。 
为实现高通滤波器抑制牵引供电系统高次谐振，具体做法是： 
对线路运行的机车谐波频谱进行测试分析,分析主要存在谐波次数及含量。 
将电容C2和L匹配成基波下阻抗为零,流经电阻R电流为零,基波下高次滤波支路无有功损耗。 
结合测量的高次谐波频谱，合理选择C1和R数值,使得整个高通滤波器能够滤除一定高次谐波电流，满足铁路运输需要,抑制高次谐振对牵引供电系统的危害。 
本发明的应用于交直交机车与交直混合牵引电气化铁道高通滤波器原理： 
如图1所示，高通滤波器由电容C1、C2，电感L，电阻R构成。 
其中电容C2与电感L串联构成C2-L支路，电阻R与C2-L支路并联后构成R-（C2-L）并联支路，该并联支路与电容C1串联构成了高通滤波器，高通滤波器阻抗可表示为： 
Z c = R ( X L - X C 2 ) 2 R 2 + ( X L - X C 2 ) 2 + j [ R 2 ( X L - X C 2 ) 2 R 2 + ( X L - X C 2 ) 2 - X C 1 ]
| Z c | = [ R 2 ( X L - X C 2 - X C 1 ) 2 R 2 + ( X L - X C 2 ) 2 + X C 1 2 ( X L - X C 2 ) 2 R 2 + ( X L - X C 2 ) 2 ] 1 2
其中：XL＝ωL、ω＝nω1，式中ω1为基波频率(50Hz)，n为谐波次数，电阻R阻值与谐波频率无关。 
滤波装置的阻抗频率特性为： 
| Z c | R = [ 1 ( nω 1 C 1 R ) 2 + ( n 2 ω 1 2 LC 2 - 1 ) × n 2 ω 1 2 LC 2 - 1 - 2 C 2 C 1 ( n 2 ω 1 2 LC 2 - 1 ) 2 + ( nω 1 C 1 R ) 2 ] 1 2
当XL-XC2＝0时,滤波支路呈纯容性。 
当R2(XL-XC2-XC1)-XC1(XL-XC2)2＝0时，滤波器成纯阻性。 
当XL-XC2-XC1＝0时： 
n = 1 ω 1 C 1 + C 2 LC 1 C 2
滤波器等效为等效的R-C串联电路，可以证明此时的滤波器阻抗有最小值。 
高通滤波器功能：C2-L支路在基波时n=1通过匹配C2和L数值，使得C2和L构成串联谐振，C2-L支路阻抗为零，此时与该支路并联的电阻R无基波电流流过，该高通滤波器不产生基波有功损耗，整个高通滤波器支路在基波时等效为C1，可以为系统提供C1额定无功容量；电容C1在高次谐波时呈现低阻抗；C2-L支路在高次谐波时呈现高阻抗，由于并联支路R阻值相对于C2-L阻值较小，高次谐波电流将通过电阻R支路漏泄到大地中，达到滤除高次谐波目的。 
如图2a所示，为带回流线直接供电方式下防止高次谐波谐振时，高通滤波器安装位置示意图。带回流线直接供电方式由回流线N、接触网C、钢轨T构成，接触网C与钢轨T间电压为交流AC27.5kV，高通滤波器安装在供电臂末端分区所内，高通滤波器的C1端与接触网C相连，另外一端与钢轨T相连接地，该种接线方式可用于抑制交直交机车运行在带回流线直接供电方式下的高次谐振问题。 
如图2b所示，为AT供电方式下防止高次谐波谐振时，高通滤波器安装位置示意图。AT供电方式由接触网C、钢轨T、正馈线F构成，接触网C与正馈线F间电压为交流AC55kV；接触网C与钢轨T间电压为交流AC27.5kV；钢轨T与正馈线F间电压为交流AC-27.5kV，高通滤波器安装在供电臂末端AT分区所内，一台高通滤波器的C1端与接触网C相连，另外一端与钢轨T连接接地，另外一台高通滤波器的C1端与钢轨T连接接地，另一端连接正馈线F。该种接线方式可用于抑制交直交机车运行在AT供电方式下的高次谐振问题。 
如图3所示，为防止在编组场、机务段、动车段所的交直交机车对交直机车的高次谐波影响，导致交直机车上的电阻烧毁的现象出现，在这些编组 场、机务段、动车段所内安装高通滤波器。高通滤波器的C1端与接触网相连，另外一端接地。该种接线方式可用于防止交直交机车对交直机车影响，造成交直机车电阻烧毁的问题。 

Claims (1)

1.一种应用于交直交与交直混合机车牵引电气化铁道高通滤波器，其特征是：该高通滤波器包括有电感L支路，在所述电感（L）支路中串联电容（C2）构成（C2-L）支路，并与电感（L）支路中电阻（R）并联后构成（R）-（C2-L）并联支路，所述（R）-（C2-L）并联支路与电容（C1）串联构成高通滤波器。
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