基于津保線鐵路高頻諧振分析及抑制策略

劉曉悅　王泰達

【摘要】基于津保鐵路線，對鐵路線供電網(wǎng)絡(luò)的諧振分析展開了研究，得出了諧波會受到牽引變電所等效阻抗、車組運行方位、供電臂長度等因素影響的結(jié)論。對牽引供電系統(tǒng)進行了MATLAB模型的搭建，對阻頻特性，電流電壓進行測試，通過研究諧振特性，提出優(yōu)化供電系統(tǒng)的抑制諧振策略，抑制諧振產(chǎn)生，使鐵路安全平穩(wěn)運行。

【關(guān)鍵詞】諧振分析諧振特性抑制諧振諧波

我國的鐵路事業(yè)處于高速發(fā)展的階段交直交型機車在鐵路運營中被大量使用，此種類型的機車在運行過程中注入電網(wǎng)中的三，五，七次諧波含量較低，高次諧波含量注入電網(wǎng)含量較多，并且在這個過程中頻率的分布曲線明顯增加帶寬。假設(shè)機車注入系統(tǒng)諧波使得運行中的感抗與容抗相似時，所引發(fā)的諧振會使電路中突然產(chǎn)生過電流，會使電路中的保護裝置誤操作，使設(shè)造成損失，影響正常供電，破壞系統(tǒng)平衡，導(dǎo)致鐵路不能正常安全的運營。所以，要對鐵路運營過程中所產(chǎn)生的諧振分析，以抑制其發(fā)生，提高鐵路運營安全指數(shù)。

1 津保線鐵路概況

天津至河北保定的鐵路線位于河北省中西部地區(qū)（下文簡稱津保鐵路線），線路從天津西郊引出，途徑七站，分別為天津西站，勝芳站，霸州站，白溝站，白洋淀站，徐水站，保定站，總長157.8km，新建長度為132.9km，其運營最高速可達258km/h。

該工程在線路運輸過程中起到重要作用，不單單加強了線路網(wǎng)的機動能力，減輕了北京樞紐的轉(zhuǎn)運壓力，還開拓了港口城市的發(fā)展，開啟了一條大容量的運送通道，將港口城市的產(chǎn)品運送到河北省的腹地，大大帶動了鐵路線的運營范圍的輕重工業(yè)，農(nóng)業(yè)及旅游業(yè)的迅速崛起。

2 諧振特性

2.1相關(guān)理論

并聯(lián)諧振點不會隨機車移動而發(fā)生發(fā)生改變，而諧振幅度會隨著機車移動而變化，過電流與過電壓也會在機車移動過程中數(shù)值發(fā)生改變。當車組移動至供電臂末端的位置時，二者達到峰值；車組靜止于一點不發(fā)生移動時，過電壓與過電流在車網(wǎng)中的值是動態(tài)的，在牽引網(wǎng)處二者數(shù)值處于低谷，在分區(qū)所處于峰值。

采用控制變量法，假設(shè)變壓器的各項參考量保持一致，改變供電臂增加其長度，會使諧振點的震動幅頻出現(xiàn)明顯下降，減少其長度，會使諧振頻率升高，因為等值分布電容也會隨供電臂長短變化而改變，長度減少，分布電容也會減少。

2.2實際情況分析

總結(jié)上文可知，以津保線鐵路為范例，當機車運行至不同位置時，對諧振影響因素得出了高次諧波會導(dǎo)致供電系統(tǒng)振蕩的結(jié)論。由于串聯(lián)諧振對系統(tǒng)作用微乎其微，在此不作考慮。并聯(lián)諧振會使諧振點產(chǎn)生一系列的變化，使該點及周圍諧波含量上升，車組具體的運行位置以及供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具體運行參數(shù)會影響過電壓與過電流的數(shù)值變化；增加或減少供電臂長度，F(xiàn)線與PW線縱向移動都會對諧振點產(chǎn)生影響。

3抑制諧振方案

綜上可以得出，諧振點會和車組運行過程中產(chǎn)生的高次諧波的頻率發(fā)生重合以至于使電網(wǎng)發(fā)生諧振。所以，抑制諧振策略的關(guān)鍵之處就在于減少或者避免二者發(fā)生重合。

基于上點，建設(shè)初期，鐵路網(wǎng)規(guī)劃的起步階段，盡可能的計算考慮出機車網(wǎng)中所有的諧振點，再通過各種諧振特性分析，在供電系統(tǒng)正常匹配的條件下，對系統(tǒng)運行參數(shù)改良，避免車組運行產(chǎn)生的高次諧波與供電網(wǎng)絡(luò)中的諧波頻率發(fā)生重合，阻斷諧振發(fā)生的必要條件，使系統(tǒng)能夠平穩(wěn)高效運行。在津保鐵路線車組運行的過程中，線路中諧振頻率主要范圍為25至30次。因此，在和諧號1型車與和諧號2型車被選擇在此線路上運行時，2型車組強于1號車組。因為1型車的頻率大多數(shù)情況下為31、32、35次，會和津保鐵路線內(nèi)的30次諧波的諧振頻率發(fā)生重合，繼而導(dǎo)致諧振發(fā)生，使線路存在隱患。但2型車組諧波不在此范圍內(nèi)，能在津保鐵路線上更好的運行。

總結(jié)

在鐵路建設(shè)初期，盡可能考慮出車組運行過程中的所有諧振點，將供電網(wǎng)絡(luò)進行改良，以阻斷和減少諧產(chǎn)生的條件，使系統(tǒng)中的諧振減少發(fā)生概率。此種抑制諧振方式與外加濾波器相比，所達到的效果大體一致，但節(jié)省了鐵路建設(shè)的成本。

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作者簡介：劉曉悅（1965-），河北唐山人，博士，教授。主要從事研究：檢測與控制技術(shù)及智能裝置。

王泰達，男，漢族，河北唐山，碩士，研究方向：智能技術(shù)及應(yīng)用。