牵引供电专题设计报告

牵引供电专题设计报告

HXD型电力机车电气负荷特性统计分析

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一、 HXD2电力机车主电路系统的构成及

功能原理

1. 网侧电路的组成 2. 牵引电路

二、 谐波产生的原因

1. 电力机车谐波

2. 电力机车电气化用电特征

3. 电力机车供电系统谐波的产生

三、 结合实测结果统计分析HXD2B0421

的电气负荷特性

1. 实际线路上的功率曲线、电流有效值曲线

2. 谐波特性，3、5、7、9等低次谐波及某些特征高次谐波含量随功率、电流变化曲线

3. 不同负荷电流等级下的典型波形、频谱及等效干扰电流

四、总结

一、 HXD2电力机车主电路系统的构成及功能原理

HXD2型大功率交流货运电力机车的牵引电传动系统主要是由网侧电路、主变压器和牵引电路组成，其中牵引电路包括牵引变流器和牵引电机等。整个系统采用单轴独立控制方式，交一直一交变流技术对牵引电机进行牵引和制动特性控制。

1、网侧电路的组成

网侧电路(如图1所示)主要由受电弓、高压隔离开关、网侧火花放电间隙、原边电流互感器、原边电流传感器、真空主断路器、避雷器、接地开关、高压电压互感器、高压连接导电杆以及主变压器原边绕组、组接地回流装置、电能计量装置等组成。图1网侧电路网侧电路主要是用于实现从接触网受流到机车，为机车上的主变压器提供25 kV／50 Hz的交流电源，作为整个机车工作的动力电源。

2牵引电路

2．1牵引变流柜的构成

整台机车由两台牵引变流柜组成，每个牵引变流柜集成了一个转向架的两个牵引变流系统、两个牵引变流控制系统及一套冷却系统，一套牵引变流系统基本由预充电接触器、工作接触器、预充电电阻、整流功率模块、降压斩波模块、接地电阻、充电电容、充电电容电压指示灯、中间电压互感器、PWM逆变模块、整流输入电流传感器、逆变器输出电流传感器以及变流系统功率模块冷却用的轴流冷却塔风机等组成。

2．2牵引变流系统原理

图3为HXD2型电力机车一个轴上的牵引变流系统电气原理图，整台机车的牵引电路包含有原理和结构相同的4套牵引变流器装置，分别

布置于两个柜体中。每套牵引变流器装置是由一个四象限整流器、个中间电路和一个三相PWM逆变器组成，每套装置驱动一台三相异步牵引电动机，实现整台机车的轴控驱动方式。在机车处于牵引工况(如图4所示)下，主变压器牵引绕组输出的AC950V交流电压通过预充电接触器和工作接触器加到主变流器前级的四象限整流器上。由于牵引绕组具有较高的短路阻抗，因此，它不仅是四象限整流器的供电电源，同时，也具有四象限整流器正常工作所必须的储能电抗器功能。

二、谐波产生的原因

1.电力机车谐波

目前我国的对电力系统质量标准主要有电压偏差量、频率偏差大小、谐波含量大小、三相不平衡的程度、电压波动与闪变等内容。在这当中，电力系统的谐波是其重要内容。在电能质量谐波污染中 , 主要污染源是电气化铁路，电弧炉等。随着电气化铁路的快速发展使电力系统的非线性负荷迅速增大，这就使得电力系统的谐波污染迅速加大。电气化铁路的负载具有非线性、不对称和波动性等特殊性。而且电气化铁路的谐波具有时变性、波动性等特点，因此在处理时具有较大的特殊性。

2. 电力机车电气化用电特征

电气化铁路谐波在世界范围内产生了较多的交通事故，所以需要做好谐波污染源的治理。电气化铁路包括牵引变压器、牵引电机、输电线路与相关辅助设备。电力机车的负载是移动、幅值变化并变化较快的特点。牵引电力机车的负荷平均波动较大。 产生平均波动大的

原因和线路情况、机车型号和操纵、机车速度、牵引负载的大小都有较大的影响，但是以上的因素又没有规律性。 电压 / 电压的连线方式等同于两台单相变压器相连。这种连接方式容量利用率比较高，接近 100% ，其中负序容量约等于正序容量的 50% 左右。星形 / 三角形 连接的变压器为三相变压器，这种连接方式的变压器容量利用率不高 ,约为 75% 左右，负序容量约是正序容量一半左右。电力机车牵引系统的负载是不平衡负载，容易引起牵引电力系统的三相电压不平衡，进而导致三相电压不对称，会产生负序电流 , 产生负序电压 ； 电力机车牵引系统的负载由牵引电力机车的整流型产生 , 该变流器设备含有丰富的谐波 , 是谐波电流源。 3.电力机车供电系统谐波的产生

电力机车的电能供应是在电力机车的沿线搭建牵引变电站 , 通常由电力牵引系统为110kV双电源提供电能 , 再通过牵引变压器变为27. 5kV或55kV再经过牵引网向电力机车提供电能 , 牵引电力系统使用25kV单相工频交流 , 通过全波整流后驱动直流牵引电动机 , 使电力机车行驶。电力机车牵引系统的两相、单相不对称的谐波电流 , 通过牵引变压器的变换后 , 高压侧通入电网的谐波电流为三相不平衡谐波电流 , 除此之外还常伴有基波负序电流注入电网。

四、 结合实测结果统计分析HXD2B0421的电气负荷

特性

样本：测试的车是HXD2B0421

给出了22:40:00-23:16:13网压网流全程有效值数据，

还在这段时间内挑了3个典型时刻分析了一下谐波，分别是22:59:13,22:59:47:，22:59:51

1. 实际线路上的功率曲线、电流有效值曲线

通过判断有功功率或功率因数的正负可以看出列车在该时段包含 了牵引、惰行、再生制动三种典型工况，该时段测试数能较为全面地反映机车电气负荷特性 。

2. 谐波特性，3、5、7、9等低次谐波及某些特征高次谐波含量随功率、电流变化曲线

3. 不同负荷电流等级下的典型波形、频谱及等效干扰电流

接触网电压波形和频谱22：59：13

接触网电压波形和频谱22：59：47

接触网电压波形和频谱22：59：51

交流传动电力机车对应的谐波含量比直流传动电力机车小得多，但高次谐波丰富，主要集中在波频率倍数附近。由图可知HXD2的主要谐波依然为3、5、7次谐波，与理论相符，但后续也有一些谐波较为明显，为实际测量时的突发情况，不过大体上与理论相符。同时这也符合制动工况下谐波含量远大于牵引工况下谐波含量的事实。

五、 总结

本次牵引供电专题设计让我对HXD2电力机车的主电路及其运

行原理有了较为深入的学习，与此同时还查阅资料了解了电力机车产生谐波的原因及危害。让我对HXD2型电力机车有了一个较为全面的了解。与此同时在进行实际数据分析时，将统计结果与理论相结合进行比较，更能加深我的认识与理解。当然我学习到的还只是电力机车知识的皮毛，不过学习的种子已经中在心中，相信本次学习对我以后再铁路局的工作一定会有所帮助。

参考文献：HXD2型大功率交流货运电力机车主电路系统

任广慧1一史红梅2

HXD1C型机车电气负荷特性分析 郭艳红