CN110871816A - 电力机车滤波系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力机车滤波系统(1)，所述电力机车的高压侧电路具有受电弓(2)以及牵引变压器(4)，处于所述牵引变压器(4)副边侧的牵引绕组(42)的电能通过牵引变流器(5)传递给牵引电机(6)，用以驱动所述电力机车运行。根据本发明，滤波系统(1)设置在所述受电弓(2)与所述牵引变压器(4)之间，并且具有受电弓侧串联的高压扼流圈(11)以及牵引变压器侧串联的LC滤波器(12)。

Description

电力机车滤波系统

技术领域

本发明涉及一种电力机车滤波系统，即涉及交流传动电力机车电磁兼容技术领域，特别涉及滤波系统设计技术。

背景技术

随着轨道交通的迅速发展，信息通信技术在机车运行中作用越来越大，尤其是无线通信设备在车辆调度、故障预警等方面作用重大；然而，由于机车的高压电网工况及车载强电用电设备，导致机车存在无线电通讯设备的电磁兼容问题；若处理不好，可能造成通信中断甚至引发事故。随着机车应用工况的变化，需要具体考虑各工况的无线电通讯设备的电磁兼容问题。结合实际工况测试结果得到机车在2.13MHz处的噪声主要来自于牵引变流器，需在机车主电路设计中针对该频率点对外部射频骚扰进行优化设计。

发明内容

本发明的目的在于通过滤波系统设计，改善交流传动电力机车的电磁兼容性能，以适应机车具体运行环境中无线电通信设备的载波频率要求。为实现上述目的，本发明说明了设计思路并综合考虑了应用可行性，最终采用在机车高压侧增加针对特定频率噪声的滤波器系统的方法。该滤波系统可以有效抑制机车主变流器产生噪声干扰，避免了对通信设备的干扰，保证通信系统及机车的正常运行。

根据本发明提出一种电力机车滤波系统，所述电力机车的高压侧电路具有受电弓以及牵引变压器，处于所述牵引变压器副边侧的牵引绕组的电能通过牵引变流器传递给牵引电机，用以驱动所述电力机车运行，其中，所述滤波系统设置在所述受电弓与所述牵引变流器之间，用于抑制所述牵引变流器产生的噪声。

根据本发明有利的是，所述滤波系统设置在所述受电弓与所述牵引变压器之间。

根据本发明有利的是，滤波系统具有受电弓侧串联的高压扼流圈以及牵引变压器侧串联的LC滤波器。

根据本发明有利的是，所述电力机车是大功率交流传动电力机车。

根据本发明有利的是，所述高压侧电路具有主断路器，所述主断路器设置在所述高压扼流圈与所述LC滤波器之间。

根据本发明有利的是，所述滤波系统用于抑制所述牵引变流器产生的2.13MHz噪声，并且所述LC滤波器的谐振频率为2.13MHz。

根据本发明有利的是，所述LC滤波器由电感线圈和电容器并联组成。

根据本发明有利的是，所述LC滤波器的电容器由固定电容器和可变电容器组成。

根据本发明有利的是，所述受电弓用于将供电网电能输送给所述电力机车。

根据本发明有利的是，所述高压扼流圈被构造成电感线圈。

根据本发明有利的是，所述牵引变流器用于将牵引绕组的电能经过整流逆变为三相交流电。

本发明提供了一种大功率交流传动电力机车滤波系统设计，通过该滤波系统可有效抑制机车牵引变流器产生的噪声干扰，保证车载无线电通讯设备可靠工作。该滤波系统主要由主断路器前串联的高压扼流圈和牵引变压器高压侧串联的LC并联谐振滤波器组成，可以有效抑制机车牵引变流器产生的噪声干扰，避免了对通信设备的干扰，保证通信系统及机车的正常运行。

从以下结合附图的本发明的详细描述中，本发明的前述及其它的目的、特征、方面和优点将变得更为明显。

附图说明

附图被包含于本文以提供对本发明的进一步的理解，并且被并入本说明书中，构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与下面的描述一起用于说明本发明的理念。

在附图中：

图1示出了根据本发明的机车高压侧滤波系统原理示意图；

图2示出了根据本发明一种实施方案的滤波系统；

图3示出了根据本发明一种实施方案的滤波系统；

图4示出了根据本发明一种实施方案的滤波系统；

图5示出了LC谐振滤波系统等效电路；

图6示出了LC滤波器示意图；

图7示出了高压扼流圈示意图。

附图标记列表

1 滤波系统

11 高压扼流圈

11’ 阻尼器

111 绝缘底板

112 用作高压扼流圈的空心电感线圈

113 绝缘压板

114 高压扼流圈的绝缘子

12 LC滤波器、LC并联谐振滤波器

12’ 共模电容滤波器

12” 滤波器

121 LC滤波器的电感线圈

122 LC滤波器的电容器

1221 固定电容器

1222 可变电容器

123 绝缘底座

124 LC滤波器的绝缘子

2 受电弓

3 主断路器

4 牵引变压器

41 原边绕组

42 牵引绕组

43 辅助绕组

5 牵引变流器

6 牵引电机

7 供电网

Es 牵引变流器等效输出

Rs 牵引变流器到网侧电路的等效电阻

En 牵引变流器产生的高次谐波分量

R 供电网等效电阻

L 高压扼流圈空心电感线圈的电感

L0 LC滤波器电感线圈的电感

C0 LC滤波器电容器的电容

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本发明。

尽管本发明很容易具有多种不同形式的实施例，但示出在附图中且本文将详细说明的是几个具体实施例，同时应理解的是，本说明书应视为本发明原理的一个示例，且不意欲将本发明限制于本文所示出的附图。

同样地，对一特征或方面的引用意欲描述本发明的一实例的一特征或方面，不意味着其每个实施例必须具有所述的特征或方面。此外，应该注意的是，说明书示出了多个特征。尽管某些特征已组合在一起以说明潜在的系统设计，但是这些特征还可以采用其它未明确公开的组合。因此，除非另有说明，所述组合不意欲为限制。

在附图中所示出的实施例中，方向表示诸如上、下、左、右、前和后等不是绝对的，而是相对的，用于解释本发明中不同部件的结构和运动。当部件处于图中所示的位置时，这些表示是恰当的。但是，如果元件位置的说明发生变化，那么认为这些表示也将相应地发生变化。

一、滤波系统的设计原理

图1示出了机车高压侧滤波系统原理示意图。电力机车、尤其是大功率交流传动电力机车的高压侧电路主要由受电弓2、主断路器3及牵引变压器4(主变压器TFP)等组成。受电弓2主要作用是将供电网7的电能输送给电力机车，供电网7的电能参数例如为25KV50Hz。牵引变压器4的作用是对单相交流电进行降压变换，给其副边侧的牵引绕组42以及辅助绕组41供电；牵引变流器(主变流器)5包含整流与逆变环节，其主要作用是将牵引绕组42的电能经过整流逆变为三相交流电，为牵引电机6供电，牵引电机6驱动机车运行。本发明的滤波系统1主要目的是抑制电力机车的牵引变流器5产生的2.13MHz噪声，滤波系统1主要包括由主断路器3前串联的高压扼流圈11和牵引变压器4高压侧串联的LC滤波器12。

根据本发明的一种实施例，LC滤波器12由电感线圈121和电容器122并联组成，即构成为LC并联谐振滤波器12。根据本发明，高压扼流圈11应尽可能靠近受电弓2，其主要作用是滤除来自供电网7的高次谐波，所以高压扼流圈11位于主断路器3前侧。考虑到流过电感线圈121的电流，LC滤波器12应尽可能靠近牵引变压器4的原边绕组41，所以LC滤波器12位于主断路器3后侧。

在滤波设计时，应当结合机车应用可操作性来制定具体实施方式。

图2示出了根据本发明一种实施方案的滤波系统1，在牵引绕组42的一端加装共模电容滤波器12’，容值值为0.01uF，电容选型耐压10kV等级。

图3示出了根据本发明一种实施方案的滤波系统1。经过现场考察分析，为了免受工艺安装和空间的局限，经过详细计算，在保证滤波效果的同时，将滤波措施、例如电容式滤波器12”设置在牵引变压器4的高压侧，根据EMI超标幅值及阻抗网路计算，其容值可选范围为4.7nF～10nF，耐压值应在35kV以上。

图4示出了根据本发明一种实施方案的滤波系统1。在高压侧加装2.13MHz并联谐振滤波器12，并将此并联谐振滤波器12加装在牵引变压器4和主断路器5之间。核实与现有电力机车功率等级的差异，根据并联谐振的工作原理，在充分考虑L0、C0的参数以及流过L0电流的大小的情况下，根据本发明的滤波器被设置得尽量靠近牵引变压器4的原边绕组41。

此外，在受电弓2和主断路器5之间设置有阻尼器11’。根据阻尼器的结构和参数，该阻尼器11’采用了带磁心的结构，该阻尼器11’的参数例如为120uH。

根据本发明优选的是，为了避免在高频时的感抗无法满足滤波需求，使用例如120～250uH的空心电抗器、例如扼流圈。在安装时，此空心电抗器应尽量靠近受电弓。

图5示出了电力机车高压侧的滤波系统1。依据系统设计需求，需要将2.13MHz的干扰信号En滤掉，当某一频率的谐波使并联谐振电路发生谐振时，电路的阻抗达到最大值，电路的谐振频率为：

根据机车滤波网络功能需求，该滤波系统1的具体参数归算：

L₀＝7.5μH

C₀＝620pF(固定)+20～150pF(可调)

C_0max＝770pF；C_0min＝640pF

f_min＝2.095MHz；f_max＝2.289MHz

图5中，Es为牵引变流器5等效输出，Rs为牵引变流器5到网侧电路的等效电阻，En为牵引变流器5产生的高次谐波分量，供电网7又被称作接收网络，用电阻R等效。若供电网7存在与无线电通信设备的载波频率对应的高次谐波，将对通信设备造成严重干扰。本发明的目的是，避免产生无线电通信设备的载波频率的干扰源；采用上述参数组成的LC滤波器12，可以有效滤除2.13MHz谐波，避免其对通信设备的干扰。

二、LC滤波器的实施例

基于上述高压侧电路原理、参数设计及安装需求，图6示出了依据本发明设计的LC滤波器12的一种实施例，其技术参数如下：

额定电流 400A

电感 7.5uH±0.5uH

固定电容 620pF

可变电容 20pF-150pF

谐振频率 2.13MHz

谐振阻抗 12kΩ

冷却方式 自然风冷

三、高压扼流圈的实施例

基于高压侧电路原理、参数设计及安装需求，图7示出了根据本发明的高压扼流圈11的一种实施例，其技术参数如下：

额定电流 400A

额定电压 25000V

电感 200uH±10uH

直流阻抗 0.75mΩ

冷却方式 自然风冷

四、应用测试说明

在机车上实施本发明后，对其做了进一步采验证。用无线干扰水平频率为2.13兆赫兹时的测试数据对比，发现采用本发明后，机车的电磁干扰水平有明显下降，表明采用本发明处理后可以明显改善机车的电磁兼容性能。

表1测试结果

	未采用	采用后
			停泊	72分贝微伏/米	65.7分贝微伏/米
行驶	83分贝微伏/米	72分贝微伏/米

前述的实施例和优点仅是示例性的，而不能视为对本发明的限制。本文的描述旨在示例，而不是限制权利要求的范围。对于本领域的技术人员而言，多种替换方案、改型和修改都是显而易见的。本文所描述的示例性实施例的特征、结构、方法以及其它特性可以多种方式组合，从而得到其它的和/或可替换的示例性实施例。

由于在不背离本发明的特性的情况下，可以多种形式来体现本发明的特征，所以还应该理解的是，上述实施例不局限于以上描述的任何细节，除非另外注明，而应该宽泛地解释为处于所附权利要求限定的范围内，因此，落入权利要求的范围和界限或者这种范围和界限的等效方案内的所有修改和改型都应该为所附权利要求涵盖。

Claims (10)

1.一种电力机车滤波系统(1)，所述电力机车的高压侧电路具有受电弓(2)以及牵引变压器(4)，处于所述牵引变压器(4)副边侧的牵引绕组(42)的电能通过牵引变流器(5)传递给牵引电机(6)，用以驱动所述电力机车运行，其特征在于，所述滤波系统(1)设置在所述受电弓(2)与所述牵引变流器(5)之间，用于抑制所述牵引变流器(5)产生的噪声。

2.根据权利要求1所述的电力机车滤波系统(1)，其特征在于，所述滤波系统(1)设置在所述受电弓(2)与所述牵引变压器(4)之间。

3.根据权利要求2所述的电力机车滤波系统(1)，其特征在于，所述滤波系统具有受电弓侧串联的高压扼流圈(11)以及牵引变压器侧串联的LC滤波器(12)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电力机车滤波系统(1)，其特征在于，所述高压侧电路具有主断路器(3)，所述主断路器(3)设置在所述高压扼流圈(11)与所述LC滤波器(12)之间。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的电力机车滤波系统(1)，其特征在于，所述滤波系统(1)用于抑制所述牵引变流器(5)产生的2.13MHz噪声，并且所述LC滤波器(12)的谐振频率为2.13MHz。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的电力机车滤波系统(1)，其特征在于，所述LC滤波器(12)由电感线圈(121)和电容器(122)并联组成。

7.根据权利要求6所述的电力机车滤波系统(1)，其特征在于，所述LC滤波器(12)的电容器(122)由固定电容器(1221)和可变电容器(1222)组成。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的电力机车滤波系统(1)，其特征在于，所述受电弓(2)用于将供电网(7)电能输送给所述电力机车。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的电力机车滤波系统(1)，其特征在于，所述高压扼流圈(11)被构造成电感线圈。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的电力机车滤波系统(1)，其特征在于，所述牵引变流器(5)用于将牵引绕组(42)的电能经过整流逆变为三相交流电。

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