機車牽引變壓器諧波測試

陳湘令

（湖南鐵道職業(yè)技術學院，湖南 株洲 412001）

機車牽引變壓器是電力機車電源部分的一個重要部件，用來把接觸網(wǎng)上取得的25KV 高電壓變換為供給牽引電機及其他輔助電機、機車電器工作所適合的電壓。牽引主變壓器安裝在交流饋電的電力機車上，把饋電電源變換為適當?shù)闹麟娐冯娫春洼o助電路電源。交流傳動電力機車，如CRH 系列動車組和HXD 系列重載貨運電力機車，由于采用了交流變頻電源，致使牽引電網(wǎng)的網(wǎng)側(cè)電流諧波頻譜變寬，在1kHz-10kHz 范圍內(nèi)都存在可測量的諧波成分。諧波如果過大，可能引起諧振現(xiàn)象發(fā)生，造成諧振過電壓和過電流，導致牽引電網(wǎng)上的其他負荷無法正常工作。因此，對機車牽引電源系統(tǒng)，尤其是機車牽引變壓器進行諧波測試，尤顯重要。

1 機車牽引變壓器諧波測試要求

某電力機車（和諧HXD1）網(wǎng)側(cè)主變壓器接線示意圖如圖1所示，25kV 高壓電通過高壓開關（斷路器）等送到機車的主變壓器室。

某電力機車（和諧HXD1）主變壓器各繞組接線示意圖如圖2所示，輸入繞組接網(wǎng)側(cè)高壓25kV，4 個輸出繞組（a1×1 至a4×4）分別接整流、逆變裝置。整流裝置把單相交流電源變成直流電源，再通過逆變裝置把直流電源逆變?yōu)榭烧{(diào)頻率的三相交流電源，供電給4 臺交流牽引異步電動機。

圖1 HXD1 電力機車主變壓器接線示意圖

圖2 HXD1 牽引主變壓器各繞組接線示意圖

從圖1可知，該牽引主變壓器的一次繞組直接與牽引電網(wǎng)聯(lián)接；從圖2可知，該牽引主變壓器的輸出繞組聯(lián)接交流變頻電源裝置，負載為三相交流異步牽引電動機。負載的不穩(wěn)定運行、變流裝置的諧波干擾等都會通過主變壓器直接反映到牽引電網(wǎng)上。因此，對該變壓器各繞組進行負載電流項目測試時，除了測量精度達到0.5 級以下外，還要求電流測量儀器應具有諧波分析功能，能得出19 次以下諧波電流數(shù)據(jù)，能測量電流的總有效值和基波值，并能顯示各次諧波分量的百分數(shù)和總電流波形。

2 測試過程

1）負載電流信號的采樣

在主變壓器原邊接地端接一個電流互感器LH，該電流互感器感應出負載電流信號作測試專用。互感器次邊再接一個電流適配器LSP，從適配器上取得與機車負載電流信號成比例縮小的小電流負載信號。電流信號的采樣接線圖如圖3所示。也可以在主變壓器接地端直接接一個分流器，從分流器上采取小電流信號作為測試專用。

2）對被測信號的處理

將采樣取得的小負載電流信號送入到帶傅里葉變換（FFT）的波形分析儀和微機實時數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，對被測信號進行分析處理。每個信號諧波分析時的最高諧波次數(shù)可達31 次，廠家要求至少可測試19 次以下諧波。

3）對被測信號的頻域分析及相關計算

將被測信號進行頻域分析，得到各次諧波有效值及其相位，其數(shù)據(jù)可用于諧波分析與功率計算。

圖3 用電流互感器采取電流信號的接線圖

3 測試結(jié)果

實測某主變壓器（HXD1)牽引繞組電流波形及各次諧波含量。圖4為高壓繞組總電流波形，圖5為各次諧波占總電流的百分數(shù)。

圖4 某主變壓器（HXD1)牽引繞組AX 總電流波形

圖5 某主變壓器（HXD1)牽引繞組AX 電流各次諧波含量

由測量結(jié)果可知，諧波分量主要集中在3、5、7、9、11、13、15 等奇次諧波上，3、7 次諧波含量最高，偶次諧波2、4、6、8 等的分量較少。

根據(jù)測量結(jié)果，采用基波及諧波的有效值計算公式，可以計算出總電流的有效值大小和基波的大小，進一步進行功率計算。

4 結(jié)論

目前，隨著交流電傳動電力機車在高鐵和動車組上的廣泛應用，諧波對牽引電網(wǎng)的影響越來越大，造成牽引電網(wǎng)上的很多負載發(fā)熱嚴重，甚至影響到直流電力機車的正常使用，如直流機車上的一些電阻由于諧波造成的熱效應而燒毀。所以，采用先進的諧波測試設備及分析系統(tǒng)，對機車主變壓器進行諧波測試分析，在變壓器制造和機車電源變流系統(tǒng)方面，盡量減少各奇次諧波，具有重大指導意義。

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