再生制動工況中的機車牽引供電系統狀態分析

摘要：機車牽引供電系統是機車電力系統當中重要諧波來源，會嚴重影響機車的性能。在經過不斷改進下，雖然在控制低次諧波上有所成效，但是在高次諧波的控制上收效甚微。本文就以電力機車為例，對再生制動工況中的機車牽引供電系統狀態進行分析。

關鍵詞：再生制動； 電力機車； 牽引供電系統

再生制動從本質上說，就是一種將能量進行轉化使用，以達到節約能源目的的技術。現在很多專家和學者致力于再生制動系統的再升級，盡可能降低列車對電力系統的能量索取，從而降低牽引變壓器容量，減少接觸網運行負荷，最終大大降低對機車運行過程中牽引供電系統的資金和能源投入。電氣化鐵道在從電網中尋求工頻能量時，會同時向電網中注入大量的高次諧波電流。這些電流在不僅對牽引供電系統造成直接的威脅，還會大大降低供電的質量，影響其他工作的精準度。要想從根本上減弱諧波對機車牽引供電系統的損害，首先就要認真分析牽引供電系統中電流諧波產生的原因以及分布狀況。

一、牽引負荷的諧波問題

諧波的產生是一些非線性設備在運行的產物，在電力機車設備當中，整流器是其中十分重要的非線性裝置，是機車當中最突出的諧波電流源。諧波電壓是諧波電流在通過饋線一變電所系統產生的。牽引供電子系統當中的基波電流和諧波電流與其余電力系統當中的不同，它們有明確的流動方向。電力機車從饋線中取得大量的基波能量，對其中的能量進行處理，大部分被轉化為機械能，小部分被轉化為諧波能量。

牽引供電系統中的諧波對機車影響較大，主要體現在對系統元件的影響上，以及測控裝置或其他用戶。除此之外，它還對一些通信設備也造成一定程度的影響。主要可以幾個方面談談諧波的影響：首先，諧波會導致變壓器等設備附加發熱。變壓器等設備出現附加發熱，就會加重設備的能量損耗。而且，諧波會產生高頻電場。繼而使得強電設備絕緣出現失效情況，這將大大縮短機車設備的使用壽命。交—直—交型電力機車在運行過程中的諧波頻率的分布情況十分復雜，而且，在頻率無規則增加的情況下，往往會使得牽引供電系統出現諧振，從而造成機車設備承擔過重的電流和電壓，這將大大威脅牽引供電的運行安全。其次，在牽引供電系統當中，有很大數目的繼電器和儀表，這些設備與感應電機的工作原理十分類似。在基波和諧波的共同作用下。如果沒有采取合理有效的拯救措施，會直接導致測控設備的失控，此時如果正處于高頻諧振的狀況，后果更是不敢設想。最后，交—直—交型電力機車在運行的過程中，饋線電流高頻諧波含量較大，對通信線路產生的干擾也會更加明顯。

二、交—直—交型電力機車牽引供電系統狀態分析

交—直—交型電力機車在進行牽引運作時，從饋線取流近似正弦波。低次諧波電流不受饋線電流的影響。低次諧波電流含量的總體水平大致相當于交—直型機車的20%～30%左右。交—直—交型機車在再生制動時，由于饋線電流較小，從而導致低次諧波電流含有率占用較高，而且次諧波以及高次諧波大量涌現。通過對實際運行的數據進行調查發現，再生制動工況下，饋線電流的總畸變數量較大，連帶著功率也比較低。交—直—交型電力機車在初期的起動中，逆變器輸出的交流頻率一直處于較低狀態。而且在起動中，機車整流器從電網中的取流較小，饋線電流總諧波的畸變現象明顯，功率相比較正常運行時較低。反之，當饋線電流較大速度時，諧波畸變就會較弱，功率因數也較低。這也就說明了在負荷功率較大下的情況，負荷功率大導致饋線電流正弦性較好，產生的諧波較少，電流的THD值就較小。

在電力電子技術快速發展的今天，在提升電力機車運行速度和穩定性的目的驅使下，它實現了從直流傳動向著交流傳動的方向轉變。交流傳動技術在電力機車的運用，能夠大大減輕機車運行時對電網產生的污染，以及對信號和通信設備的破壞。但是，交流傳動技術與直流傳動相比，必然也存在一定的劣勢，例如交流傳動技術在運作過程中會產生大量的諧波，這些諧波充斥在電網和通信線路當中，也會在一定程度上造成破壞性影響。因此，對于機車工作者或研究者來說，對交—直—交型電力機車的網測諧波進行分析是很有必要的。交—直—交型電力機車與交—直型機車相比，采用的脈沖整流方式是具有一定特殊性的。尤其在牽引工況當中，其特殊性體現的更為明顯。脈沖整流器在經過調制之后，能夠通過從饋線獲取與網壓同相位的于正弦波電流的方式，大大減少饋線電流的畸變程度，從而提高電所功率因數，提升變電所容量的運用。

三、結語

對機車在再生制動工況下，牽引供電系統的諧波的產生原因及條件的分析，對于提高我國機車運行速度、穩定性，降低能源的消耗有重大指導意義。對于電氣化鐵道而言，要想最大程度的降低諧波對牽引供電系統，以及電子設備的負影響。必須要明確饋線電流諧波的含量及其分布情況。然后再根據在實際狀況中的數據收集，分析如何降低諧波對機車運行，以及通信系統的干擾。

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作者簡介：徐昊年（1987），男，畢業于大連交通大學，助理工程師，研究方向：機械制造及自動化。