CN104767201B - 一种抑制谐波的铁路电力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑制谐波的铁路电力系统，属于铁路电力技术领域，包括上级电源、配电所电源柜、与配电所电源柜相连的贯通线，上级电源和配电所之间设置有谐波抑制装置，谐波抑制装置包括电抗器L、电阻器R、断路器QF、隔离开关QS1、隔离开关QS2及隔离开关QS3，其中电抗器L与电阻器R并联；上级电源与断路器QF相连，断路器QF与电抗器L与电阻器R并联的一端连接点相连，电抗器L与电阻器R并联的另一端连接点与下接口B端相连，谐波抑制装置的下接口B端与配电所电源柜相连。本发明避免了上级电源的谐波对铁路电力系统中配电所的电力设备造成的损坏，保证在配电所各种运行方式、贯通线各种状况时，电力系统均可稳定运行。

Description

一种抑制谐波的铁路电力系统
技术领域
本发明涉及一种铁路电力系统，尤其是一种可抑制上级电源谐波的铁路电力系统，属于铁路电力技术领域。
背景技术
上级电源经配电所输电到贯通线等电力线路，随着铁路运行可靠性要求的提高，铁路电力系统的贯通线电缆化成为必然趋势，新线路大都采用纯电缆，既有的架空线路也不断加快电缆化改造，这就造成贯通线线路容性电流激增，而贯通线线路所带负荷容量很小，整体对外部体现为容性，成为上级电源谐波的低阻抗通路，经常引发配电所电力设备烧毁事故。
针对上述问题，传统的解决方案有两种。一是在配电所电源进线处设置一台串联电抗器，改变配电所支路的LC匹配情况，使其谐振频率避开所处电网特征背景谐波的频率。这种方案只能解决配电所处于某种特定运行方式的情况，即电力系统等效电容值是某个固定值附近时才能发挥作用。另一种方案是在配电所电源进线处装设滤波支路，但在配电所调压器的感抗与贯通线路的容抗匹配到背景谐波频率时，滤波支路基本上失去作用，仍然会发生配电所电力设备的严重故障；而且此种方案的滤波装置的容量对应的是上级电源的全部谐波，需要配置的设备容量比配电所的容量还大，甚至大数倍，成本高、占地面积过大——100m2以上。
以上两种方案均不能适应配电所和贯通线实际的运行状况，在实际运行中，配电所有多种运行方式，而且还有需要在贯通线的任意位置“开天窗”的情况；“开天窗”是指在贯通线的某处断开，检修此处设备，此时以断开点处分界，上侧线路和下侧线路由不同的配电所供电；以一个配电所为研究对象的话，此配电所负载的贯通线长度是根据贯通线上检修位置的不同而变化的，相应的贯通线的等效对地电容也是变化的，所以系统的等效电容值在全范围连续变化，以上两种方案都必然有与背景谐波频率匹配的情况，会引发配电所电力设备的严重故障。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种抑制谐波的铁路电力系统，解决上级电源的谐波对铁路电力系统中配电所的电力设备造成损坏的问题,保证在配电所各种运行方式、贯通线任意位置“开天窗”时，铁路电力系统均可稳定运行。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
一种抑制谐波的铁路电力系统，根据无源滤波中谐波电流的分流原理，通过大幅度提高配电所支路的谐波阻抗，使得上级电源的谐波电流分流到配电所的谐波分量大幅降低，保证在配电所各种运行方式、贯通线任意位置“开天窗”时，配电所的谐波电流分量都在允许范围内，铁路电力系统稳定运行。
本铁路电力系统的谐波抑制装置的上接口A端接上级电源，装置的下口B端接配电所电源柜。谐波抑制装置由断路器QF、隔离开关QS1、电抗器L、电阻器R、隔离开关QS2、隔离开关QS3组成，其中电抗器L、电阻器R并联。如图4所示，谐波抑制装置中的元件电抗器L、电阻器R与贯通线的对地电容C组成二阶电路；当贯穿线各处 “开天窗”检修时，贯通线的对地电容C发生改变，且配电所调压器T的等效电感LT，根据不同的配电所运行状况而改变；根据配电所调压器T的等效电感LT的值及贯通线的对地电容C的值，适当调整谐波抑制装置中电阻值、电感值，即可大幅度增加配电所回路的谐波阻抗，保证谐波阻尼的最小值足够大，对谐波电流起到显著的抑制作用。
正常投入时，先合隔离开关QS1与隔离开关QS2，再合断路器QF，检修时，先断开断路器QF，再断开隔离开关QS1与隔离开关QS2，再合上隔离开关QS3，再合上断路器QF,谐波抑制装置检修维护时不影响系统供电。谐波抑制装置全部采用无源电阻、电感元件，不需要控制装置，简单可靠、免维护、成本低、占地面积小——约15m2，适应性极强，适用于任何运行方式、任意“开天窗”位置、任何次数的谐波，彻底解决上级电源对铁路电力系统的谐波危害问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的电路结构示意图；
图3是本发明的谐波抑制装置的电路结构示意图；
图4是本发明的等效电路图；
其中，1、上级电源；2、谐波抑制装置；3、配电所电源柜；4、贯通线。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步详细说明：
实施例1：如图1所示，一种抑制谐波的铁路电力系统，包括上级电源1、配电所电源柜3、与配电所电源柜3相连的贯通线4，其中配电所电源柜3中设置有配电所调压器T，如图2所示；配电所调压器T在电路中等效为一个等效电感LT，贯通线4在电路中等效为一个对地电容C，如图4所示；上级电源1和配电所的配电所电源柜3之间设置有谐波抑制装置2，谐波抑制装置2的电路结构如图2所示，谐波抑制装置2包括电抗器L、电阻器R、断路器QF、隔离开关QS1、隔离开关QS2及隔离开关QS3，其中电抗器L与电阻器R并联，电抗器L在电路中等效为一个电感L,电阻器R在电路中等效为一个电阻R。上级电源1通过谐波抑制装置2的上接口A端与断路器QF相连，电抗器L与电阻器R并联的一端连接点与断路器QF相连，隔离开关QS1设置在电抗器L与电阻器R并联的一端连接点与断路器QF之间，电抗器L与电阻器R并联的另一端连接点与下接口B端相连，隔离开关QS2设置在电抗器L与电阻器R并联的另一端连接点与下接口B端之间，谐波抑制装置2的下接口B端与配电所电源柜3中的配电所调压器T相连；隔离开关QS3断路器QF与隔离开关QS1之间和隔离开关QS2与下接口B之间。电抗器L与电阻器R的并联电路与贯通线4的对地电容C形成二阶电路，通过调整电抗器L、电阻器R的取值，
当贯穿线4各处 “开天窗”检修时，贯通线4的对地电容C发生改变，且配电所调压器T的等效电感LT，根据不同的配电所运行状况而改变；根据配电所调压器T的等效电感LT的值及贯通线的对地电容C的值，适当调整谐波抑制装置2中电阻值、电感值，即可大幅度增加配电所回路的谐波阻抗，对谐波电流起到显著的抑制作用。可以在贯通线4的对地电容C取任意值时，保证谐波阻尼的最小值足够大。根据配电所调压器T的等效电感LT、贯通线4的对地电容C的实际参数情况，电抗器L的取值范围为10～100mH，电阻器R的取值范围为15～300Ω。
隔离开关QS1和隔离开关QS2是主路隔离开关，隔离开关QS3是旁路隔离开关，主路隔离开关和旁路隔离开关的设置是为了对谐波抑制装置2检修维护时不影响系统供电。正常投入时，先合隔离开关QS1与隔离开关QS2，再合断路器QF，检修时，先断开断路器QF，再断开隔离开关QS1与隔离开关QS2，再合上隔离开关QS3，再合上断路器QF。
实施例2：调压器取常见的500kVA容量，阻抗取6%，则LT=39mH，当C=10.3uF 时，n=1/ω1/(LT*C)0.5 =5.02，谐振点在5次附近，配电所调压柜3和贯通线4相对于铁路电力系统，等效为一个5次滤波支路，此时铁路电力系统整个回路的阻抗约为配电所调压器T的阻性分量，根据相关标准，ZR=PK/IE 2=6700/292/3=2.65Ω，阻抗很小，会使上级电源1的谐波电流大量分流到配电所电源柜3，对配电所的电力设备造成极大影响，甚至引发设备故障。设置谐波抑制装置2的参数取值为：L=50mH，R=80Ω后，因为运行方式的调整以及“开天窗”的需求，假定C值在0uF到30uF连续变化，根据电路原理，总阻抗Z=R//jXLZ+jXLT-jXC，经计算，当C=6.3uF时5次谐波阻抗最小，为39Ω，比原来的2.65Ω增大15倍，上级电源1流入配电所电源柜3的谐波电流将减小到原来系统的1/15，得到极大抑制。
在铁路电力系统典型的谐波次数中，5次是最低的，谐波次数越高，本发明的铁路电力系统对应的最小阻抗将越高，对谐波的抑制效果更好；实施例2选择5次谐波进行核算，即可显示出本发明的铁路电力系统对谐波抑制的显著效果，那么本发明的铁路电力系统在更高次谐波时，对谐波的抑制将会更有效。

Claims (2)

1.一种抑制谐波的铁路电力系统，包括上级电源（1）、配电所电源柜（3）、与配电所电源柜（3）相连的贯通线（4），其中配电所电源柜（3）中设置有配电所调压器T，其特征在于：还包括连接在上级电源（1）和配电所电源柜（3）之间的谐波抑制装置（2），所述谐波抑制装置（2）包括电抗器L、电阻器R、断路器QF、隔离开关QS1、隔离开关QS2及隔离开关QS3，其中电抗器L与电阻器R并联；上级电源（1）通过谐波抑制装置（2）的上接口A端与断路器QF相连，断路器QF通过隔离开关QS1与电抗器L与电阻器R并联的一端连接点相连，电抗器L与电阻器R并联的另一端连接点通过隔离开关QS2与谐波抑制装置（2）的下接口B端相连，谐波抑制装置（2）的下接口B端与配电所电源柜（3）的配电所调压器T相连；隔离开关QS3的两端分别连接在断路器QF与隔离开关QS1之间和隔离开关QS2与下接口B之间。
2.根据权利要求1所述的一种抑制谐波的铁路电力系统，其特征在于：所述电抗器L的取值范围为10～100毫亨，电阻器R的取值范围为15～300欧姆。
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