交流電氣化鐵道牽引網阻抗頻率特性測試裝置製造方法
2023-10-09 18:06:14
交流電氣化鐵道牽引網阻抗頻率特性測試裝置製造方法
【專利摘要】一種交流電氣化鐵道牽引網阻抗頻率特性測試裝置，由降壓變壓器TP、諧波源HS、監控裝置MC、電壓傳感器TV、電流傳感器TA構成。監控裝置MC控制諧波源HS發出諧波電流，通過降壓變壓器TP原邊繞組注入到牽引網中；電壓傳感器TV、電流傳感器TA分別檢測接觸網T和鋼軌G之間諧波電壓和向牽引網注入的諧波電流，監控裝置MC接收電壓傳感器TV和電流傳感器TA的輸出信號，完成諧波阻抗計算。在接觸網通電情況下即可通過調整諧波源發出電流的頻率和幅值，獲得牽引網的阻抗頻率特性，進而得到諧振頻率。本發明可用於新建電氣化鐵路的聯調聯試，也可用於既有線路，為解決諧振問題、保障供電安全提供技術支持。
【專利說明】交流電氣化鐵道牽引網阻抗頻率特性測試裝置
【技術領域】
[0001] 本發明屬電氣化鐵道【技術領域】，具體地說，涉及一種交流電氣化鐵道牽引網阻抗 頻率特性測試裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著我國電氣化鐵道交流傳動技術不斷發展，交直交型電力機車和動車組開始大 量投運，舊的交直整流型電力機車將逐步淘汰。交直交型電力機車和動車組的網側變流器 普遍採用脈寬調製（Pulse width modulation, PWM)控制技術的四象限整流器，並且不同 動力單元的網側變流器採用移相控制技術，使得網側電流諧波含量，特別是3、5、7次等低 次諧波含量，較之舊電力機車大幅度減小。然而，網側電流的諧波頻譜也同時變寬，在網側 變流器功率管開關頻率的整數倍附近，往往有不可忽視的諧波成分。當電力機車和動車組 的諧波電流和某區段（通常為一個供電臂）牽引網自身諧振頻率相重合時，就可能在牽引 網上激發出高次諧波諧振現象，產生諧振過電壓，影響供電安全。我國自2007年鐵路實施 第六次大提速以來，隨著HX D系列交直交型電力機車和CRH系列動車組的逐漸投運，在京哈 線、京津城際鐵路、哈大線、合武客專、武廣客專等電氣化鐵路上，都發生過牽引網高次諧波 諧振事故，這些事故通常造成接觸網避雷器炸損、機車高壓電氣設備損壞、變電所饋線跳閘 等後果，對電氣化鐵路正常運輸秩序造成很大幹擾。目前在新建鐵路的聯調聯試階段，迫切 需要掌握各供電區段牽引網的阻抗頻率特性和諧振頻率分布，以便及早採取針對性技術措 施。然而，由於牽引網的阻抗頻率特性除與電氣化鐵路牽引供電系統自身電氣結構和電氣 參數有關外，還與牽引變電所高壓（110kV或220kV或330kV)進線的阻抗頻率特性有關，而 由於電力系統網絡結構和負荷情況的複雜性，高壓進線的阻抗頻率特性無法準確計算，這 就導致即使對電氣化鐵路牽引供電系統的基礎資料掌握的很詳細，仍舊無法對各區段牽引 網的諧振頻率做出預測。利用測試技術，通過現場測試的方法，獲得電氣化鐵路各供電區段 牽引網的阻抗頻率特性，從而得出準確的諧振頻率就顯得十分必要。目前，國內外都沒有能 用於交流電氣化鐵道牽引網阻抗頻率特性測試的專門裝置，相關的技術研究也基本上是空 白。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的就是提供一種交流電氣化鐵道牽引網阻抗頻率特性測試裝置。
[0004] 本發明的技術方案：
[0005] -種交流電氣化鐵道牽引網阻抗頻率特性測試裝置，由降壓變壓器TP、諧波源 HS、監控裝置MC、電壓傳感器TV、電流傳感器TA構成；電流傳感器TA與降壓變壓器TP的一 次側繞組串聯，該串聯結構連接在接觸網T和鋼軌G之間，電流傳感器TA用於測量降壓變 壓器一次側繞組向接觸網T注入的諧波電流I lh ;電壓傳感器TV連接在接觸網T和鋼軌G 之間，用於測量接觸網T和鋼軌G之間的諧波電壓Ulh ;降壓變壓器TP的二次側繞組連接諧 波源HS，諧波源HS用電力電子變流器實現，在監控裝置MC的控制下向降壓變壓器次邊繞組 發出諧波電流I2h ;監控裝置接受電壓傳感器TV和電流傳感器ΤΑ的輸出信號，完成諧波阻 抗計算，並實現對諧波源HS發出諧波電流的頻率和幅值的控制。
[0006] 本發明的有益效果：
[0007] 在交流電氣化鐵道牽引網的接觸網和鋼軌之間連接一臺電氣化鐵道牽引網阻抗 頻率特性測試裝置，在牽引網帶電情況下通過主動注入一個諧波電流作為激勵、檢測諧波 電壓響應的方法獲得牽引網的阻抗頻率特性。本發明解決了利用仿真計算方法無法準確獲 得牽引網阻抗頻率特性和諧振頻率的技術難題，可為既有鐵路和新建鐵路提供各供電區段 的諧波阻抗數據和諧振頻率分布，以便在開通前，針對易發生車網高次諧波諧振的區段採 取諧振治理措施。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008] 圖1為交流電氣化鐵道牽引網阻抗頻率特性測試裝置構成原理圖。
[0009] 圖2為交流電氣化鐵道牽引網阻抗頻率特性測試裝置工作原理示意圖。圖2(a) 表示測試裝置用於直接供電方式牽引網，圖2 (b)表示測試裝置用於AT供電方式牽引網。
[0010] 圖3是交流電氣化鐵道牽引網阻抗頻率特性測試裝置實施例一示意圖。
[0011] 圖4是交流電氣化鐵道牽引網阻抗頻率特性測試裝置實施例二示意圖。
【具體實施方式】
[0012] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步的描述：
[0013] 本發明交流電氣化鐵道牽引網阻抗頻率特性測試裝置的構成原理如圖1所示，它 由降壓變壓器TP、諧波源HS、監控裝置MC、電壓傳感器TV、電流傳感器TA構成；電流傳感器 TA與降壓變壓器TP的一次側繞組串聯，該串聯結構連接在接觸網T和鋼軌G之間，電流傳 感器TA用於測量降壓變壓器一次側繞組向接觸網T注入的諧波電流I lh ;電壓傳感器TV連 接在接觸網T和鋼軌G之間，用於測量接觸網T和鋼軌G之間的諧波電壓Ulh ;降壓變壓器 TP的二次側繞組連接諧波源HS，諧波源HS用電力電子變流器實現，在監控裝置MC的控制 下向降壓變壓器次邊繞組發出諧波電流I 2h ;監控裝置接受電壓傳感器TV和電流傳感器TA 的輸出信號，完成諧波阻抗計算，並實現對諧波源HS發出諧波電流的頻率和幅值的控制。
[0014] 交流電氣化鐵道牽引網阻抗頻率特性測試裝置的工作原理為：該測試裝置利用諧 波源產生一個頻率可調的諧波電流，把產生的諧波電流注入到帶電的接觸網上作為激勵， 為減小背景諧波幹擾要求此時同一牽引網供電區段沒有正在取流的電力機車和動車組，該 測試裝置在測量所注入牽引網諧波電流的同時，檢測牽引網的電壓響應，提取出與諧波電 流同頻率的諧波電壓分量，諧波電壓除以諧波電流就得到諧波阻抗。調節諧波源產生諧波 電流的頻率，讓其在10Hz?5000Hz範圍以一定間隔變化，就可以得到牽引網在不同頻率下 的實測牽引網阻抗值，根據牽引網阻抗頻率特性曲線的分布特徵，取其極值點，就可以獲得 諧振頻率。
[0015] 工作原理可由圖2具體說明。圖2中，SS表示牽引變電所，T表示接觸網，G表示 鋼軌，F表示正饋線，AI\、AT 2、AT3表示三臺自耦變壓器。圖2(a)表示測試裝置用於直接供 電方式牽引網，圖2 (b)表示測試裝置用於AT供電方式牽引網。兩種供電方式下，測試裝置 連接於接觸網T和鋼軌G之間，向牽引網注入一個頻率可控（10?5000Hz)、幅值可調的諧 波電流Ilh，作為牽引網的激勵，同時測試裝置檢測牽引網的電壓響應，獲得電流注入處接觸 網T和鋼軌G之間的諧波電壓Ulh，諧波電壓Ulh除以諧波電流Ilh即可得到諧波阻抗，讓諧 波電流的頻率連續變化，就可得到不同頻率下的牽引網阻抗，從而可以繪製出牽引網阻抗 頻率特性曲線。
[0016] 圖3所示實施例一中，由受電弓PG、斷路器QF、電壓傳感器TV、電流傳感器TA、降 壓變壓器TP、諧波源HS和監控裝置MC構成，安裝在一個鐵路用軌道車上，通過受電弓PG連 接至接觸網T，通過軌道車輪對連接至鋼軌G ;降壓變壓器TP -次側繞組額定電壓按牽引網 額定電壓取值，二次側繞組額定電壓取值與諧波源HS相匹配，範圍為200V?2000V ;電壓 傳感器TV用電磁式電壓互感器或阻容分壓器實現，電流傳感器TA用電磁式電流互感器或 霍爾電流傳感器實現；諧波源HS由單相Η橋變流器UC和驅動電路構成，單相Η橋變流器的 功率開關器件採用IGBT或IGCT或M0SFET ;監控裝置MC由測量模塊、人機互動模塊和控制 模塊構成，由微處理器系統實現，其中，測量模塊接收電壓傳感器TV和電流傳感器ΤΑ的檢 測信號，實現阻抗測量，人機互動模塊用於測試模式和諧波源參數的設定以及測量結果的 輸出和顯示，控制模塊用於按照設定測試模式控制諧波源HS發出頻率可控、幅值可調的諧 波電流。圖3中，I 2h為諧波源HS產生的諧波電流，Ilh為降壓變壓器一次側繞組諧波電流， Ulh為接觸網T和鋼軌G之間的諧波電壓。
[0017] 圖4所示實施例二示意圖中（僅繪出與實施例一不同之處）：降壓變壓器二次側 採用多繞組形式，二次側設有η (η為整數，2 < η < 8)個繞組，每個二次側繞組各連接一個 諧波源，諧波源由電力電子變流器實現，η個諧波源（HSpH^、…、HSn)共同產生測量需要的 諧波電流，對η個諧波源採用PWM移相控制技術，改善降壓變壓器一次側繞組電流波形並降 低對功率開關器件的要求。圖4中，I 2hl為諧波源HSi產生的諧波電流，I2h2為諧波源HS2產 生的諧波電流，I 2hn為諧波源HSn產生的諧波電流，IlhS降壓變壓器一次側繞組諧波電流。
【權利要求】
1. 一種交流電氣化鐵道牽引網阻抗頻率特性測試裝置，其特徵在於：由降壓變壓器 TP、諧波源HS、監控裝置MC、電壓傳感器TV、電流傳感器TA構成；電流傳感器TA與降壓變 壓器TP的一次側繞組串聯，該串聯結構連接在接觸網T和鋼軌G之間，電流傳感器TA用於 測量降壓變壓器一次側繞組向接觸網T注入的諧波電流I lh ;電壓傳感器TV連接在接觸網 T和鋼軌G之間，用於測量接觸網T和鋼軌G之間的諧波電壓Ulh ;降壓變壓器TP的二次側 繞組連接諧波源HS，諧波源HS用電力電子變流器實現，在監控裝置MC的控制下向降壓變 壓器二次側繞組發出諧波電流I 2h ;監控裝置接受電壓傳感器TV和電流傳感器TA的輸出信 號，完成諧波阻抗計算，並實現對諧波源HS發出諧波電流的頻率和幅值的控制。
2. 根據權利要求1所述的一種交流電氣化鐵道牽引網阻抗頻率特性測試裝置，其特徵 在於：由受電弓PG、斷路器QF、電壓傳感器TV、電流傳感器TA、降壓變壓器TP、諧波源HS和 監控裝置MC構成，安裝在一個鐵路用軌道車上，通過受電弓PG連接至接觸網T，通過軌道車 輪對連接至鋼軌G ;降壓變壓器TP -次側繞組額定電壓按牽引網額定電壓取值，二次側繞 組額定電壓取值與諧波源HS相匹配；電壓傳感器TV用電磁式電壓互感器或阻容分壓器實 現，電流傳感器TA用電磁式電流互感器或霍爾電流傳感器實現；諧波源HS由單相Η橋變流 器UC和驅動電路構成；監控裝置MC由測量模塊、人機互動模塊和控制模塊構成，由微處理 器系統實現；其中，測量模塊接收電壓傳感器TV和電流傳感器ΤΑ的檢測信號，實現阻抗測 量；人機互動模塊用於測試模式和諧波源參數的設定以及測量結果的輸出和顯示；控制模 塊用於按照設定測試模式控制諧波源HS發出頻率可控、幅值可調的諧波電流。
3. 根據權利要求2所述的一種交流電氣化鐵道牽引網阻抗頻率特性測試裝置，其特徵 在於：單相Η橋變流器UC的功率開關器件採用IGBT或IGCT或MOSFET。
4. 根據權利要求2所述的一種交流電氣化鐵道牽引網阻抗頻率特性測試裝置，其特徵 在於：所述的降壓變壓器ΤΡ二次側繞組額定電壓取值範圍為200V?2000V。
5. 根據權利要求1所述的一種交流電氣化鐵道牽引網阻抗頻率特性測試裝置，其特徵 在於：降壓變壓器二次側採用多繞組形式，二次側設有η個繞組，η為整數，2 < η < 8,每個 二次側繞組各連接一個諧波源，諧波源由電力電子變流器實現，η個諧波源共同產生測量需 要的諧波電流，對η個諧波源採用PWM移相控制技術，改善降壓變壓器一次側繞組電流波形 並降低對功率開關器件的要求。
【文檔編號】G01R31/00GK104090182SQ201410282756
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月23日 優先權日:2014年6月23日
【發明者】吳命利, 吳麗然, 楊少兵, 張洪和 申請人:北京交通大學