电力机车过分相铁磁谐振现象研究

摘要

电力机车（包括动车组）过锚段关节式电分相时，由于车顶电压互感器是一个非线性铁磁电感组件，在电路结构切换过程中，电磁暂态过程可能会激发铁磁谐振，电压互感器励磁电流急剧增大，对接触网电分相设备构成严重威胁。本文利用PSCAD/EMTDC建立了电力机车过分相电磁暂态仿真模型，结合车顶电压互感器励磁特性测试及CRH3A型动车组过分相铁磁谐振测试对电力机车过分相发生铁磁谐振现象原因进行分析，并提出了抑制措施。
　　通过对电力机车过分相铁磁谐振现象原理及车载断电自动过分相方式进行分析，建立电力机车过分相等效电路，依据等效电路得出机车进入电分相时中性区暂态电压数学表达式，从表达式可以看出电力机车进入电分相时电源相位角及电分相中性区等效对地电容等参数会对中性区暂态电压幅值产生影响。
　　对电压互感器进行励磁特性测试，实现在PSCAD/EMTDC仿真中对车顶电压互感器准确建模。仿真电力机车分别通过三种不同结构型式电分相铁磁谐振现象，将仿真结果进行对比分析后表明:当电源相位角在60°～90°和240°～270°范围内时中性区暂态电压幅值较大，最大幅值可达到69.75kV，容易激发车顶电压互感器在电分相中性区产生铁磁谐振现象。在相同电源相位角情况下，电分相跨数越长，中性区对地电容越大，电力机车进入电分相时中性区暂态电压越小，铁磁谐振现象越能得到抑制;由于实际等值阻抗、电容参数使谐振回路具有较大的阻尼因子，因此谐振回路未发生混沌现象;仿真得出的中性区铁磁谐振网压频谱主要为1/3工频(16.7Hz)谐波。
　　介绍了CRH3A型动车组在沪昆客运专线杭长段（南昌西(→)萍乡北区间）现场测试情况，给出了动车组通过锚段关节式电分相暂态过程中网压、网流正常工况和发生铁磁谐振的波形，实测铁磁谐振电压频谱中1/5工频(10Hz)谐波和1/3工频(16.7Hz)谐波都有所出现，并与理论分析计算结果以及PSCAD/EMTDC仿真结果进行比较，得出产生铁磁谐振现象的原因，证明了理论计算的准确性以及电力机车过分相仿真模型的有效性。
　　最后，提出抑制电力机车过分相铁磁谐振现象的技术对策:在车顶电压互感器或电分相中性区两端并联RC保护装置。设计了RC保护装置的相关参数，通过仿真验证抑制方案的有效性，并制作了RC保护装置实物。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 电力机车过分相铁磁谐振现象

1．2．2 铁磁谐振仿真分析方法

1．3 论文主要工作内容

2 电力机车过分相铁磁谐振理论分析

2．1 引言

2．2 铁磁谐振基本原理

2．3 电力机车过分相铁磁谐振特性

2．3．1 实测特性

2．3．2 混沌特性

2．4 电力机车过分相等效电路模型

2．4．1 锚段关节式电分相

2．4．2 车载断电自动过分相方式

2．4．3 等效电路模型

2．5 电力机车过分相暂态过程计算

2．5．1 中性区暂态电压计算

2．5．2 混沌特性计算

2．6 本章小结

3 车顶电压互感器励磁特性测试

3．1 引言

3．2 电压互感器工作原理

3．3 励磁特性及其测试方法

3．4 测试结果

3．5 本章小结

4 牵引网参数计算

4．1 引言

4．2 单线牵引网等值阻抗计算

4．3 电分相等值电容计算

4．3．1 长分相等值电容

4．3．2 短分相等值电容

4．3．3 八跨三断口电分相等值电容

4．4 本章小结

5 电力机车过分相铁磁谐振仿真与测试

5．1 引言

5．2 PSCAD／EMTDC软件介绍

5．3 电力机车过分相铁磁谐振仿真

5．3．1 仿真模型

5．3．2 仿真结果

5．3．3 仿真结果分析

5．4 CRH3A型动车组过分相测试

5．4．1 数据采集方式

5．4．2 过分相正常工况波形

5．4．3 过分相铁磁谐振波形

5．5 仿真与实测对比分析

5．6 本章小结

6 电力机车过分相铁磁谐振抑制方案

6．1 引言

6．2 RC保护装置原理

6．3 RC保护装置参数的选取

6．4 RC保护装置参数设计及安装

6．5 仿真验证

6．6 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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