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案例頻道 許繼勇，上海理工大學(xué)大學(xué) 楊春旭，上海電力學(xué)院
隨著電氣化機車使用越來越廣泛，會在電網(wǎng)中會產(chǎn)生大量的諧波和負序污染，如不能在牽引變電站得到及時治理，將注入電網(wǎng)，降低電能質(zhì)量，隨著城鐵和地鐵的發(fā)展，這一矛盾日益突出。改善電能質(zhì)量的先決條件是對不同工況下的電能質(zhì)量進行合理監(jiān)測和細致分析，而國內(nèi)絕大多數(shù)供電站段都不具有相關(guān)的分析儀器和設(shè)備。針對這一問題，根據(jù)我國電氣化鐵路的自身特點，研制攜帶方便、分析功能強大而且符合鐵路工作習(xí)慣和要求，高性價比的、多功能、便攜式電能質(zhì)量檢測分析裝置非常必要。
“清潔”的機會
根據(jù)電能質(zhì)量定義，首先要針對頻率、無功功率、負序電流、諧波等參數(shù)進行分析測量。牽引供電電能質(zhì)量分析系統(tǒng)在設(shè)計之初，對電氣化鐵路客運專線AT、直供方式的變電所、AT所、分區(qū)所、開閉所的牽引負荷諧波、負序、電壓質(zhì)量進行固定時段的最大、最小、平均、95％概率值的統(tǒng)計分析。
電氣化鐵路客運專線AT、直供方式的變電所、AT所、分區(qū)所、開閉所的牽引負荷諧波、負序測試由負荷性質(zhì)決定的其他測試要求：
(1) 客運專線供電系統(tǒng)測試，尤其是聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間測試時間較長，中間常有包括所用電在內(nèi)的全所斷電，測試系統(tǒng)需要具有虛擬儀器的即啟即測、閾值啟停、定時啟停功能。
(2) 由動車組、電力機車性能及SVC、抑制諧振濾波器性能等決定的對諧波分析、THD計算至不同的諧波次數(shù)的要求，是否計算偶次諧波的要求。
(3) 客運專線供電系統(tǒng)測試各條饋線電流需要和與其相關(guān)電壓計算相關(guān)關(guān)系（功率、相位差）。
在硬件方面，電壓及電流需要達到一定標準，系統(tǒng)采樣的速率及精度必須很高，采用了凌華數(shù)據(jù)采集卡（PCI-9846），DVDI系列互感器，電流鉗選用FLUKE i200s交流電流鉗。
圖1總體設(shè)計方案
系統(tǒng)的軟件部分由LabVIEW開發(fā)平臺編寫。基于虛擬儀器的電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)分為檢測和分析兩大部分。監(jiān)測部分的任務(wù)是將原始電壓電流信號采集并變換成數(shù)字信號，然后顯示出波形和頻譜，存儲并輸出數(shù)據(jù)文件，其包含的功能模塊有數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、圖形顯示模塊、數(shù)據(jù)文件輸出模塊等；分析部分是對監(jiān)測部分輸出的數(shù)據(jù)文件進行系統(tǒng)的深入分析，得出電能質(zhì)量各項指標參數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果、變化趨勢等，并根據(jù)需要打印出牽引供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量分析報表。
衡量效果
結(jié)合根據(jù)牽引供電系統(tǒng)的特點，利用LabVIEW軟件設(shè)計出牽引供電系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、站所變比、實時波形數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)實時分析、歷史數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)分析、牽引側(cè)電流和相關(guān)計算統(tǒng)計共8個選項控件。
用基于軟鎖相的FFT諧波檢測和組合小波檢測諧波的方法對電氣化鐵道諧波實測數(shù)據(jù)進行分析，諧波數(shù)據(jù)來自北京鐵路局石家莊供電段內(nèi)京廣線某變電所、石太客專某變電所和石德線某變電所。處理諧波次數(shù)為2~63次，采樣頻率為256點/周波。記錄數(shù)據(jù)的時間為24小時。牽引供電系統(tǒng)電壓、電流數(shù)據(jù)中根據(jù)車型負載的不同和牽引變電所供電區(qū)段有無機車負載，其諧波含量也有著不同之處，本文主要針對不同車型負載給牽引供電系統(tǒng)所帶來的諧波進行分析。
（1）京廣線某變電所測試
該變電所采用110/27.5kV的阻抗匹配平衡變壓器，牽引變壓器采用三相Vv結(jié)線，110kV側(cè)電壓互感器變比為110kV/100V，電流互感器為300/5A，牽引側(cè)電壓互感器變比為27.5kV/100V，電流互感器變比為1000/5A為采用供電區(qū)間采用直流加回流供電方式供電，該供電區(qū)間運行的車型負載有CRH系列、SS系列機車和和諧系列貨運機車。
（2）石太客專某變電所測試
該變電所采用110/27.5kV的阻抗匹配平衡變壓器，牽引變壓其采用三相Vv結(jié)線，110kV側(cè)電壓互感器變比為110kV/100V，電流互感器為400/5A，牽引側(cè)電壓互感器變比為27.5kV/100V，電流互感器變比為1200/5A為采用供電區(qū)間采用直流加回流供電方式供電，該牽引變電所只為本條客運專線供電，運行車型較為單一，主要為CRH系列動車。
CRH系列該型機車取流波形如圖2所示：
圖2 CRH系列該型機車取流波形
CRH系列該型機車取流經(jīng)分析后諧波含量直方圖如圖3所示。由圖3知CRH系列該型機車電力機車取流幾乎呈現(xiàn)正弦，其取流諧波含量主要集中于3次諧波上。
圖3CRH系列該型機車取流諧波含量直方圖
(3) 石德線某變電所測試
該變電所采用110/27.5kV的阻抗匹配平衡變壓器，牽引變壓其采用三相Vv結(jié)線，110kV側(cè)電壓互感器變比為110kV/100V，電流互感器為400/5A，牽引側(cè)電壓互感器變比為27.5kV/100V，電流互感器變比為600/5A為采用供電區(qū)間采用直流加回流供電方式供電，藁城變電所供電區(qū)間主要運行的機車多為SS4型貨運機車，客運機車多以內(nèi)燃機車為主。
SS該型機車取流波形如圖4所示：
圖4 SS該型電力機車取流波形
SS該型機車取流諧波含有量直方圖如圖5所示。SS該型電力機車的取流諧波主要分布于3次、5次、7次、9次和11次上，并隨著諧波頻率的增加，其諧波含量也隨之減小。
圖5 SS該型機車取流諧波含量直方圖
不難看出，針對牽引供電對電網(wǎng)污染嚴重的特點，所設(shè)計的牽引供電的電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)，可以檢測頻率、負序電流、無功功率、諧波等參數(shù)。硬件上數(shù)據(jù)卡采用了凌華高速數(shù)據(jù)采集卡，保證了數(shù)據(jù)采集的速度和精度。目前該檢測系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在多條客運專線上，性能穩(wěn)定可靠。
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