電動車組諧波評判方式簡析

黃　金， 王志峰

(中國鐵道科學研究院　機車車輛研究所， 北京 100081)

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電動車組諧波評判方式簡析

黃金， 王志峰

(中國鐵道科學研究院機車車輛研究所， 北京 100081)

電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)諧波及其評判標準一直是電力和鐵路部門關(guān)注的問題。電動車組及電力機車為主要諧波源，對其評判仍沒有明確的標準進行規(guī)定。本文對國內(nèi)外供電系統(tǒng)的諧波評判標準和方法進行了簡單介紹，同時結(jié)合動車組實測網(wǎng)側(cè)諧波，對電動車組網(wǎng)側(cè)諧波評判方式提出了相關(guān)建議。

電動車組，;諧波; 評判方式

關(guān)于電氣化鐵道諧波標準，一直是電力和鐵道兩個部門爭論的焦點。目前，我國更多的采用GB/T 14549-1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》作為電氣化鐵道諧波評判標準。該標準結(jié)合中國國情，在吸收國外諧波標準研究成果的基礎(chǔ)上提出，于1994年3月實施。目前來說電氣化鐵路作為國家電網(wǎng)的用戶，諧波發(fā)射水平應嚴格遵循GB/T 14549的相關(guān)標準：110 kV高壓電網(wǎng)諧波電壓限值標準為2.0%[1]。然而該標準考核對象為電力系統(tǒng)公共接入點(PCC)，對電氣化鐵道來說即為牽引變電所110 kV側(cè)。限制110 kV側(cè)的諧波不僅可以限制用戶列車的諧波，還可以在牽引變電所增加補償裝置或諧波抑制裝置。然而，動車組及電力機車始終是電氣化鐵道諧波的源頭，根治諧波還得從源頭抓起。對動車組或電力機車來說，沒有任何諧波標準對其進行約束，唯一相關(guān)標準為TB/T 2517-1995《電力機車功率因數(shù)和諧波的測試方法》標準中僅對諧波測量和等效干擾電流進行了規(guī)定，諧波發(fā)射值仍未有明確規(guī)定。導致各型動車組技術(shù)文件中對牽引變壓器網(wǎng)側(cè)及整車諧波電流規(guī)定各不相同，不利于變電站的統(tǒng)一整治或增加了整治成本。因此對動車組諧波發(fā)射值進行探討，以期得出結(jié)論為標準化動車組諧波規(guī)定作為支撐。

1　電動車組諧波評價方式

1.1國標諧波與國際標準諧波限值規(guī)定的比較

針對電力系統(tǒng)的諧波限值和評判，國家標準和國際標準的規(guī)定和要求有所不同。國家標準以GB/T 14549為主要參考，國際標準以IEC 61000系列標準為主要參考。

GB/T 14549-1993中沒有細分奇次諧波電壓，而是對不同電壓等級下各次諧波電流的允許值進行了規(guī)定。在電壓總畸變率指標上，IEC 61000-3-6較GB/T 14549寬松。IEC 61000-3-6技術(shù)文件把奇次諧波電壓分為了非3倍數(shù)和3的倍數(shù)次諧波進行考慮，更加符合電氣化鐵道的諧波分布特點。

IEC 61000-3-6只給出了中、高壓電力系統(tǒng)的電壓畸變限值，并沒有給出電流畸變限值，因此評估用戶諧波水平僅使用電壓畸變限值，諧波電流不單獨考核。但IEC 61000-3-6也認為“即使其目的在于限值電網(wǎng)中的諧波電壓。最好還是規(guī)定諧波電流”，并給出用戶諧波電流限值相關(guān)算法，其原則與GB/T 14549的用戶諧波電流限值分配方法類似。

諧波電壓是諧波電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生的，歸根結(jié)底電氣化鐵路上運行的動車組或電力機車是諧波源。要控制供電網(wǎng)中的諧波電壓，保證供用電質(zhì)量，限制諧波源的注入諧波電流才是根本。因此GB/T 14549規(guī)定了各級電網(wǎng)基準短路容量時的諧波電流允許值。電氣化鐵路中，動車組是一種典型的諧波源，由于其四象限變流器的工作特點，其特征次諧波為3，5，7次，一般情況下以3次諧波電流含有率最大。因此，如果以GB/T 14549諧波電流限值來評價電氣化鐵路，比國際標準更加嚴格。

1.2電動車組的諧波標準

從上文可以看到，目前對于諧波限值的規(guī)定都是針對牽引變電所側(cè)的要求，針對諧波源電動車組仍沒有明確的規(guī)定。

對于動車組網(wǎng)側(cè)諧波的要求，各主機廠動車組技術(shù)條件中的規(guī)定有所不同，例如：

CRH380A：主變壓器原邊電流畸變率(THD)<10%。

CRH380B：一列車在額定功率時的原邊電流畸變率<5%；一個變壓器(一個牽引單元)額定功率時的原邊電流畸變率<10%。

CRH380AL：主變壓器原邊電流畸變率(THD)<10%。

CRH380BL：一列車在額定功率時的原邊電流畸變率<5%；一個變壓器(一個牽引單元)額定功率時的原邊電流畸變率<10%。

CRH380CL：一列車在額定功率時的原邊電流畸變率<3%；一個變壓器(一個牽引單元)額定功率時的原邊電流畸變率<10%。

從各車技術(shù)文件和型式試驗大綱看出，各車對牽引變壓器的原邊電流畸變率要求相同，均為小于10%，對于整車的要求有所不同。CRH2系列動車組由于沒有總網(wǎng)流的監(jiān)測，因此未做規(guī)定。CRH380B及CRH380BL動車組均要求小于5%。CRH380CL整車電流要求小于3%。然而不管3%或5%，對于諧波電流均沒有相關(guān)標準或計算支撐該要求。按GB/T 14549的要求，注入110 kV公共接點PCC的各次諧波電流要求如表1所示。從表中可以看出，諧波電流限制值是給出了絕對值，而不是相對值，因此現(xiàn)階段各型動車組技術(shù)條件中對于電流諧波限值的規(guī)定方式是不合理的。

表1　注入110 kV公共聯(lián)接點的諧波電流允許值

諧波電流標準并不是獨立的，它由諧波電壓限值除以諧波阻抗得到，因此諧波電流與諧波電壓理論上存在對應關(guān)系。但由于對3次和3的奇倍數(shù)次諧波電流乘以系數(shù)0.6，牽引負荷阻抗特性非線性，因此實際上諧波電流和諧波電壓不是完全對應的。即各次諧波電流未超標不等于諧波電壓不超標。但是國家及國際標準均未對用戶端口處的諧波電壓限值進行規(guī)定，電氣化鐵路的諧波源作為電流源，為了保證變電站總諧波電壓的不超標，保證動車組各次諧波電流不會超標是首先要滿足的。基準短路容量下，各次諧波電流限值參照表1的要求。

以A型、B型動車組實測滿功率諧波為例，如表2、表3所示。A型動車組各次諧波電流測試結(jié)果超過GB/T 14549要求，反應到變電站110 kV側(cè)諧波電壓也存在超標的可能。B型動車組各次諧波電流測試結(jié)果滿足GB/T 14549的要求，但仍需監(jiān)測變電站處的諧波電壓值。

表2　A型動車組網(wǎng)側(cè)諧波測試結(jié)果(滿功率)

表3　B型動車組網(wǎng)側(cè)諧波測試結(jié)果(滿功率)

由此可見，在目前國標沒有規(guī)定如何分配用戶諧波電壓限值的情況下，同時監(jiān)測動車組端口處的諧波電流和變電站處的諧波電壓對牽引供電系統(tǒng)能否滿足國家標準顯得十分重要。動車組設(shè)計時，網(wǎng)側(cè)各次諧波值首先不得超過國家標準對電流限值的要求。另外，IEC 6100-3-6技術(shù)文件詳細制定了用戶諧波電壓限值計算方法，其原則與諧波國標的用戶諧波電流限值分配方法類似，但由于動車組諧波源為電流源，因此無法區(qū)分諧波源和背景諧波各自的影響，由此可見，不管國家標準還是國際標準，對于動車組端口處的諧波電壓值測試方式及評價并沒有合適的標準可依。

2　結(jié)論及建議

在目前國標沒有規(guī)定如何分配用戶諧波電壓限值的情況下，同時監(jiān)測動車組端口處的諧波電流和變電站處的諧波電壓對牽引供電系統(tǒng)諧波能否滿足國家標準顯得十分重要。由于動車組諧波源為電流源，因此無法區(qū)分諧波源和背景諧波各自的影響，不管國家標準還是國際標準，對于動車組端口處的諧波電壓值測試方式及評價并沒有合適的標準可依。因此考慮到目前動車組運用情況及諧波分布特點，只能依照GB/T 14549 對牽引變電站電壓限值及諧波電流注入限值的要求對動車組諧波電流進行規(guī)范，對動車組網(wǎng)流諧波從嚴要求，優(yōu)化控制。

[1]GB/T 14549-1993電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波[S].

[2]TB/T 2517-1995 電力機車功率因數(shù)和諧波源測試方法[S].

[3]ICE 6100-3-6電力機車功率因數(shù)和諧波源測試方法[S].

Brief Analysis of Harmonic Evaluation Methods for EMU

HUANGJin，WANGZhifeng

(Locomotive&Car Research Institute， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081)

The harmonics of the electrified railway power supply system has been a big issue of concern by electricity and railway departments. As the main harmonic source, there is still no definite standard requirements for the harmonic evaluation criteria of EMU and electric locomotive. In this paper, harmonic evaluation criteria and methods for power supply system is made a brief introduction. Combined with the measured EMU harmonics, some relevant proposals is put forward for the harmonic evaluation methods.

EMU; harmonic; evaluation methods

1008-7842 (2016) 04-0103-03

U264.3+7

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.04.26

男，助理研究員(

2015-12-18)