牽引供電系統無源濾波器的相關研究

胡建平 湖南高速鐵路職業技術學院

牽引供電系統無源濾波器的相關研究

胡建平 湖南高速鐵路職業技術學院

在最近幾年的發展過程中，鐵路電氣化建設也在飛速發展，對于電氣化發展中牽引網出現的高次諧波，給當前使用交流電和直流電的機車正常運行，帶來了諸多的問題，甚至對鐵路運輸行業的正常運行造成了嚴重的影響。針對問題，第一時間對電氣化鐵路牽引網中出現的高次諧波所帶來的影響進行闡述個分析，以傳統高通濾波器的工作提點和性能進行全放為的提升，在和傳統的高通濾波器之間進行相互比較，得出新型的高通濾波器在性能和實踐工作中，帶來的影響和作用都要高于傳統的高通濾波器。最后在根據相關的測試數據，證明新型濾波器能在電氣化鐵路牽引網中也能正常發揮作用和效果。

電氣化鐵路 高次諧波 高通濾波器

電氣化鐵路在當前的國內鐵路發展中的投入和使用，同樣也帶動了交、直、交電力機車的發展，這一點方面和傳統形態下交、直機車相比，交、直、交電力汽車在實際工作過程中，對電力負荷因數接近1，同時也不需要無功補償，使得交、直、交電力機車的高次諧波與傳統交、直電力機車相比，得到了顯著改善。但是相對的，在電力機車工作中得到了改善，就會在電網中進行高次諧波的注入，尤其是在電網開關頻率的整數倍地區，可以清楚的感受到高次諧波有著明顯的增強，這樣一來，高次諧波如果進入牽引網，將會引發牽引網的高次諧振出現。同時，在電力的傳導過程中，進入到交、直電力企業的工作中去，也會對本身正在運行的電車造成阻礙，使運行出現問題。

1 牽引網諧波的分布

對牽引網的整體分布來說，只要包括了電力系統中電網和電力回流網兩部分。讓當前電網由接觸網T組成，并且其內容還包含了電網接觸線、承力索和加強線等設施，而回流網則是由鋼軌R、正、付饋線NFTF以及保護線PW等結構組成。這些部分都有著其特殊的網絡結構，這些結構使當前牽引網出現了多種供電方式，但是在當前眾多供電方式中，主要使用的防式為帶有負饋線的直接和子偶兩種供電方式，在這兩者之中，人們使用最多的就是直接供電方式，因此，針對研究方向，也會選擇直接供電方式進行研究工作。

由于當前的鐵路建設還在發展時期，對于鐵路運輸網絡采用的都是交、值整流型號的機車，傳統的電力機車整流器一般情況下都是晶閘管相控整流器，這樣一來就導致了電力機運行過程中，從電網供電獲得適合工作頻率的電能時，還會在同一時間向電網種傳入諧波，傳播的次數為3、5、7。對于交、直、交電力機車來說，所使用的四象限變流器是根據電力脈寬調制所控制的，因此電力運輸過程中，開關周圍的頻率就會相對較高，讓低次諧波得到了控制，但是高次諧波的含量就會提升，而這些提升的諧波一部分流入了牽引網，另一部分通過牽引網流入了交、直電力機車的運作中，使電力機車的運作出現問題。

在實際運作中，交、直、交電力機車作為諧波源，所產生的諧波分成了三個流向，一種是流向了變電站；另一種則是流向了電網分區亭；最后一種則是根據電網的交織，流向了其他的機車負載。這樣一來，高次諧波流向牽引網的比分看就容易與線路中的其他參數出現耦合的現象，從而產生諧振，而流向交、直電力機車的高次諧波則會對機車的運行產生惡劣的影響，嚴重的還會出現鐵路事故、從而嚴重影響了鐵路運輸的安全問題。

2 諧波治理的常用措施

諧波的濾除工作主要采用的是無源濾波和有源濾波兩種形式，其中有源濾波在諧波消除工作中的效果十分顯著，但是使用價格太貴，設備整體體積大，在電力機車和鐵路方面，不能夠進行車載安裝工作。無源濾波雖然沒有有源濾波高效，但是在設備整體性上，相對簡單，使用效果與有源濾波器相差也不是很多，因此，無源濾波器更加適合推廣。

2.1 常用濾波器分類

人們日常生活和鐵路日常工作過程中，通常對高通濾波器分成一介、二階、三階和C型四種。高通濾波器在實際工作使用中，對于低頻率的波段阻礙相對比較顯著，而高頻率的波段阻礙相對就會較小。因此在工作的過程中，能夠有效的強除掉電網線路中出現的高次諧波，保證鐵路運輸安全。

其中在軀體的該分類方面，一介高通濾波器在結構上相對簡單，造價也相對便宜，但是在工作過程中，需要很大的電容支持，對基本波形也會造成損害，因此在工作中一般不會采用一介的形式。

二階在工作中就體現了高通濾波器性能的優勢，和一介的高頻濾波器進行比較，二階上增加了電網關聯電感，從而在工作中減少了電力自身工頻和功率的消耗，但是根三階相比，二階對于基礎波段的損耗還是相對較高。

三階段，高速濾波器相比于二階段，多了一個電容，這個電容的出現，不僅減少了基出波段的損耗，還有小的提升了濾波的效率。雖然如此，但是三階的結構相當復雜，對參數的計算也沒有簡單的解釋和算法，在造價上也會相對較高。

而C型高通濾波器在時間工作中，其工作性能在二階和三階之間，處于相對穩定的工作形式，因此在實際工作中，可以大大減少基礎波段的損耗。這樣做也會有一個缺點，就是對基礎波段的元件相對敏感，容易在工作中受到外界影響。

對于這四種高通濾波器來說，對其加強合理化設計和工作完善，可以有效的利用他們在高頻率下呈現的低阻抗，來對高粗諧波進行清除，在這些早發中，最常用被人們使用，并且有著優越的效果，就是二階高通濾波器，除了對二階的推崇，C型在當前消除高次諧波工作中也得到了跟好的推動和發展。然而，這四種高通濾波器在使用過程中，都需要在電網系統中吸取大量的能量來維持自身的工作，因此對原有的電網設別和電網系統參數，都有著很大的影響，并且想要讓高次諧波徹底清除，只能使用這一方法。

2.2 新型濾波器的出現

新型濾波器則是根據當前的發展建設和鐵路運輸自身條件的結合下，所提出的一種新的濾波器。在電抗器組出現聯諧振的時候，對外外界來說，就是呈現出了無窮大的阻抗，這樣一來，就相當于對整個電路出現了阻礙，形成了斷路。在工作的過程中，如果讓點錄制在工頻下發生并聯諧振，這樣就可以避免出現電力裝置和電網線路之間的武功傳輸，同時也避免及出波段的消耗，從而使過濾波裝置內部通過的電流減少，同時在工頻，對于電網線路和電網設備之前也不會產生相應的影響。

3 幾種高通濾波器的性能對比

文章上述了集中人們生活和工作中常見的高通濾波器，并且針對這些濾波器的優點和缺點，也都進行了詳細的分析工作，接下來的分析中，就是對性能進行簡單的了解。在工頻下，可以了解新型高通濾波器在對高次諧波的清除工作中，使支路已處于與電流干路的斷路狀態，沒有電流經過，可見對于高次諧工作是非常有效的。并且在工作過程中，由于不用太大功率的電額和設施要求，新型濾波器的阻抗隨率下降的更加迅速，體現出了看良好的濾波效果。

4 總結

通過對當前電力發展過程中，基線傳統的高通過濾器進行了優點、缺點的分析，從而引出了一種新型高通濾波器的原理，并且還能在分析中得出新型高通濾波器在實際應用中的優勢，然后根據一些案例和實際情況，對之前的分析進行確定。這樣一來，可以了解到新型高通濾波器對基波起到了相對較好的隔斷作用，同時也沒有對基波做出相應的損害，在工頻下進行工作時，還能對電力設施和線路做出一定的保護，可以說，不僅解決了高次諧波的清理工作，還讓電力設施和線路在一定程度上受到保護，因此這樣的濾波器非常值得當前研究和推廣。

[1]杜晨輝,陳斌,楊文煥,等.牽引供電系統的無源濾波器的研究[J].信息技術,2015(10):78-81.

[3]張民,何正友,高仕斌.不同負荷模型下高速鐵路牽引供電系統諧波諧振敏感度分析[J].電力系統保護與控制,2015,43(20):21-28.

啟 事

本刊2017年第9期（總第143期），通信與網絡欄目，《電力通信網網絡資源信息維護流程分析》（P128作者：蘇萌、郭志濤）一文，作者及對應單位更正為“蘇萌 國網邢臺供電公司 郭志濤 河北工業大學”。