基于津保線鐵路高頻諧振分析及抑制策略

劉曉悅　王泰達

【摘要】基于津保鐵路線，對鐵路線供電網絡的諧振分析展開了研究，得出了諧波會受到牽引變電所等效阻抗、車組運行方位、供電臂長度等因素影響的結論。對牽引供電系統進行了MATLAB模型的搭建，對阻頻特性，電流電壓進行測試，通過研究諧振特性，提出優化供電系統的抑制諧振策略，抑制諧振產生，使鐵路安全平穩運行。

【關鍵詞】諧振分析諧振特性抑制諧振諧波

我國的鐵路事業處于高速發展的階段交直交型機車在鐵路運營中被大量使用，此種類型的機車在運行過程中注入電網中的三，五，七次諧波含量較低，高次諧波含量注入電網含量較多，并且在這個過程中頻率的分布曲線明顯增加帶寬。假設機車注入系統諧波使得運行中的感抗與容抗相似時，所引發的諧振會使電路中突然產生過電流，會使電路中的保護裝置誤操作，使設造成損失，影響正常供電，破壞系統平衡，導致鐵路不能正常安全的運營。所以，要對鐵路運營過程中所產生的諧振分析，以抑制其發生，提高鐵路運營安全指數。

1 津保線鐵路概況

天津至河北保定的鐵路線位于河北省中西部地區（下文簡稱津保鐵路線），線路從天津西郊引出，途徑七站，分別為天津西站，勝芳站，霸州站，白溝站，白洋淀站，徐水站，保定站，總長157.8km，新建長度為132.9km，其運營最高速可達258km/h。

該工程在線路運輸過程中起到重要作用，不單單加強了線路網的機動能力，減輕了北京樞紐的轉運壓力，還開拓了港口城市的發展，開啟了一條大容量的運送通道，將港口城市的產品運送到河北省的腹地，大大帶動了鐵路線的運營范圍的輕重工業，農業及旅游業的迅速崛起。

2 諧振特性

2.1相關理論

并聯諧振點不會隨機車移動而發生發生改變，而諧振幅度會隨著機車移動而變化，過電流與過電壓也會在機車移動過程中數值發生改變。當車組移動至供電臂末端的位置時，二者達到峰值；車組靜止于一點不發生移動時，過電壓與過電流在車網中的值是動態的，在牽引網處二者數值處于低谷，在分區所處于峰值。

采用控制變量法，假設變壓器的各項參考量保持一致，改變供電臂增加其長度，會使諧振點的震動幅頻出現明顯下降，減少其長度，會使諧振頻率升高，因為等值分布電容也會隨供電臂長短變化而改變，長度減少，分布電容也會減少。

2.2實際情況分析

總結上文可知，以津保線鐵路為范例，當機車運行至不同位置時，對諧振影響因素得出了高次諧波會導致供電系統振蕩的結論。由于串聯諧振對系統作用微乎其微，在此不作考慮。并聯諧振會使諧振點產生一系列的變化，使該點及周圍諧波含量上升，車組具體的運行位置以及供電網絡系統具體運行參數會影響過電壓與過電流的數值變化；增加或減少供電臂長度，F線與PW線縱向移動都會對諧振點產生影響。

3抑制諧振方案

綜上可以得出，諧振點會和車組運行過程中產生的高次諧波的頻率發生重合以至于使電網發生諧振。所以，抑制諧振策略的關鍵之處就在于減少或者避免二者發生重合。

基于上點，建設初期，鐵路網規劃的起步階段，盡可能的計算考慮出機車網中所有的諧振點，再通過各種諧振特性分析，在供電系統正常匹配的條件下，對系統運行參數改良，避免車組運行產生的高次諧波與供電網絡中的諧波頻率發生重合，阻斷諧振發生的必要條件，使系統能夠平穩高效運行。在津保鐵路線車組運行的過程中，線路中諧振頻率主要范圍為25至30次。因此，在和諧號1型車與和諧號2型車被選擇在此線路上運行時，2型車組強于1號車組。因為1型車的頻率大多數情況下為31、32、35次，會和津保鐵路線內的30次諧波的諧振頻率發生重合，繼而導致諧振發生，使線路存在隱患。但2型車組諧波不在此范圍內，能在津保鐵路線上更好的運行。

總結

在鐵路建設初期，盡可能考慮出車組運行過程中的所有諧振點，將供電網絡進行改良，以阻斷和減少諧產生的條件，使系統中的諧振減少發生概率。此種抑制諧振方式與外加濾波器相比，所達到的效果大體一致，但節省了鐵路建設的成本。

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作者簡介：劉曉悅（1965-），河北唐山人，博士，教授。主要從事研究：檢測與控制技術及智能裝置。

王泰達，男，漢族，河北唐山，碩士，研究方向：智能技術及應用。