牽引接觸網(wǎng)的干擾參數(shù)

2016-01-12 17:03:02 來源：用戶投稿作者：Zimmer

13.3.1 概述

在牽引接觸網(wǎng)中，下列干擾參數(shù)為有效參數(shù)：

—牽引供電網(wǎng)電壓，用表1.1所示的標(biāo)稱值和公差以及其生成的電場來描述;

—工作電流及相關(guān)磁場;

—短路電流，以及可能發(fā)生短路的有效持續(xù)時間;

—工作電流的高次諧波;

—由受電弓和接觸線或鋼軌之間產(chǎn)生的電弧，以及牽引供電網(wǎng)或牽引車輛的切換引起的任何高頻干擾電磁常

接觸網(wǎng)的電路狀態(tài)決定著電流和電壓值。干擾源的幾何位置，如接觸網(wǎng)與受干擾線路或系統(tǒng)間的相對位置也是相關(guān)因素。

13.3.2 工作電流和短路電流

一個供電臂中流過的工作電流是確定對其他系統(tǒng)產(chǎn)生影響的基本參數(shù)。對常規(guī)軌道交通而言，如果不知道確切的線路工作電流圖，也許可以從線路的單位電能需求P'推導(dǎo)出沿供電臂工作電流變化的情況。第10.4節(jié)詳細(xì)討論了普通和高速鐵路線的工作電流。

在接觸網(wǎng)中，任何接地連接都將會引起短路，可以通過表11.2來計算單相交流電氣化鐵道系統(tǒng)的短路電流。第11.1.1.4節(jié)對鐵路牽引供電網(wǎng)的短路電流作了更深入的討論。

13.3.3 高次諧波

13.3.3.1 概述

在交流和直流電氣化鐵道系統(tǒng)中可能會產(chǎn)生的電流高次諧波和電壓頻率，這是由各種耦合作用引起的，也會產(chǎn)生干擾。由高次諧波引起的干擾首先取決于電力牽引車輛中所采用的功率控制原理。當(dāng)把接觸網(wǎng)作為潛在干擾源來評估時，尤其是在直流牽引系統(tǒng)中進(jìn)行這方面的考慮是很重要的。

13.3.3.2 單相交流電氣化鐵道

在交流電氣化鐵道供電網(wǎng)中存在兩種諧波來源，首先是功率電子電路，其次是變壓器。目前，功率電子電路主要用在牽引車輛功率控制方面。將來，它們將作為固定牽引供電設(shè)備中的變流器起到更重要的作用�！∽儔浩骷瓤梢杂迷诠潭ㄔO(shè)備中，也可以用在牽引車輛中。在這兩種諧波源中，導(dǎo)致高次諧波生成的原理是不一樣的。在變壓器中，磁性材料的

圖13.3 變壓器鐵芯磁通量：一個周期及相應(yīng)的幅頻圖

飽和效應(yīng)引起的磁通量將偏離標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。圖13.3表示的是變壓器鐵芯的磁通量的一個周期和處于穩(wěn)定工作狀態(tài)下相應(yīng)的幅頻圖�！∽儔浩骶哂忻黠@的低通特征，即隨著頻率升高，高次諧波的幅值幾乎是按指數(shù)下降。

在功率電子電路中，非正弦電流和電壓是功率電子元件開關(guān)作用的結(jié)果。從簡單的整流器控制到三相交流驅(qū)動技術(shù)，伴隨著這種功率電子發(fā)展的是描述穩(wěn)定狀態(tài)下各種幅頻圖的各種數(shù)學(xué)模型的開發(fā) (見 [13.3]、[13.4]、[13.5]、[13.6])。舉一個例子，圖13.4中表示的是四象限驅(qū)動控制信號相對于基波的電壓波譜。

圖13.4 功率控制電路輸入電壓相對于基本電壓U1的振幅頻率波譜

不能采用基于固態(tài)的模型來描述牽引供電和牽引車輛之間的相互作用。列車沿著線路運(yùn)行意味著電流和電壓的基本波形的幅度是隨著時間和距離的變化而變化的。偶次高次諧波生成也只能用這樣的物理學(xué)方法來解釋。進(jìn)一步的研究表明：

—鐵路牽引供電網(wǎng)中因發(fā)電設(shè)備采用頻效功率控制而產(chǎn)生的頻率變化不會生成高次諧波;

—牽引接觸網(wǎng)中高次諧波的幅度是隨著時間和位置變化的，并且可以借助它們之間的線性關(guān)系得到各區(qū)段的幅度近似值。

基于上述這些簡化方法，就有可能采用半靜止模型來定性地描述鐵路牽引供電網(wǎng)中的諧波生成。而且，只要考慮到了既有邊界條件 [13.7]，距離關(guān)系和時間關(guān)系相比，通常是可以忽略的。

圖13.5舉例說明了描述牽引車輛的高次諧波生成和傳播的模型。相對于基本波形，用牽引車輛的位置和產(chǎn)生或消耗的視在功率來描述鐵路牽引供電網(wǎng)模型的特征是恰當(dāng)?shù)�，這就是說只需要考慮圖13.5的上面部分中表示的基本頻率模型的牽引車輛電壓U_trc.1和電流I_trc.1。盡管如此，這一點并不適用于高次諧波的生成。從圖13.5的下面部分可以看出，牽引車輛本身就有高次諧波源。這表示可以用于高次諧波計算的模型必須包含牽引車輛的所有電氣設(shè)備。由于存在著不同的結(jié)構(gòu)，比如變壓器，在基本頻率時它是無源器件，但相對于高次諧波它是有源器件，所以按照圖13.5中的方法，采用不同模型來近似描述基本頻率特征和高次諧波是適宜的。在鐵路交流牽引供電網(wǎng)中的特定位置處產(chǎn)生的諧振是一個與高次諧波頻率傳播和影響有關(guān)的特殊問題。對于給定的頻率，一般來說諧振點發(fā)生在供電網(wǎng)有效電抗為零的任何地方。即使某個電磁干擾源位于這個位置，也只有在供電網(wǎng)有效電抗不衰減的情況下，明顯的諧振現(xiàn)象才是實際問題。列車沿著線路運(yùn)行引起供電網(wǎng)中移動的和臨時的諧振，是很難確定其位置的，因此預(yù)防措施是很有限的。