吴 强，陈赵曦，李圣清，吴丽然 （湖南工业大学 电气与信息工程学院，湖南 株洲 412007）
摘 要：由于机车在过电分相的进程中发生的过电压会对电气化铁路的安全构成很大的影响，为了研讨按捺过 电压的办法，树立了地上主动过火相的等效电气模型，并依据该模型以及机车过火相进程中的电压波形对过电 压的发生原理进行剖析研讨。然后提出加装RLC设备，RLC设备不只能够组成高通滤波器来按捺机车中的网侧 变流器发生的谐波，其间的R和C还能组成阻容吸收器来按捺过电压。经过核算可得出该设备各个元件详细参 数，然后以此树立仿真模型，经过仿真验证标明该办法正确有用。
关键词：过火相；过电压；谐波；仿真
0 导言
在我国电气化铁路建造之初，选用的是27.5 kV单 相工频沟通供电制式为电力机车供电。可是机车假如仅 从三相供电网中的某一相取电，这便会导致供电网发生 很多负序电流。为处理上述问题，电气化铁道选用分段 换相供电。一起，为避免不同相之间发生短路，电气化 铁路依托空气和绝缘器材将各相阻隔，这便是咱们所说 的电分相。而关节式电分相因不存在机械硬点，使得机 车在过火相时，能够滑润地进入或驶出中性段，所以， 被广泛运用于电气化铁道中。
现在干流的主动过火相计划有两种，即机车断电自 动过火相和地上主动过火相。而机车断电主动过火相因 具有断电时刻长，然后导致机车在过火相时速度丢失大 的缺陷。所以，地上主动过火相必将成为电气化铁路的 首要发展方向。可是在实践运转中，机车经过电分相时 会发生过电压，这可能会导致机车放电空隙被击穿、牵 引变电所跳匝等事端。因而，研讨怎么按捺机车在过电分相时发生的过电压对电气化铁路安全运营有着十分重 要的含义。
所以，想要按捺机车过火相时发生的过电压，咱们 首要需求对触摸网的结构特征有必定的了解。现在我国 电气化铁路触摸网首要选用六跨、七跨、八跨、九跨、 十二跨、十六跨锚段关节式电分相。其间，十二跨、 十六跨电分相首要运用于高速铁路，如秦沈线、武广线 等。而在干线铁路中七跨关节式电分相得到了广泛的运 用[1]，如京广线、广深线等。如图1所示为七跨关节式电 分相结构图，其由2个四跨锚段关节堆叠构成，两跨之 间约为90 m，A、B别离表明左右两边供电臂。
其次咱们还需求了解过电压的发生机理。因而本文 对机车经过电分相的进程进行了仿真，并经过研讨分相 区牵引网的等效电气参数和数学模型来剖析机车在过电 分相时发生过电压的原因，然后提出相应的过电压按捺 办法。
1 地上主动过火相模型
为了能进一步剖析地上主动过火相的电磁暂态过 程，本文对地上主动过火相进行建模，然后使用实践参 数对机车过火相的整个进程进行模仿。将理论剖析与 仿真成果结合起来，以便更好地研讨出一向过电压的 计划。
锚段关节式电分相左右两边供电臂长为25 km，建 立七跨关节式电分相的仿真模型，某高速铁路单线牵引 网触摸线选用CTMH250类型，承力索为JTMH220，钢 轨类型为P60。将触摸网各参数汇总如表1。
取真空介电常数ε 0.885×10-12 F/m供电臂长度为 l=25 km、触摸网对地的等值深度D=930 m。依据Carson 理论可别离核算出牵引网等效参数，其间触摸线和承力 索对地回路的单位长自阻抗，以及它们之间的互阻抗分 别为：
依据公式（1）~（3），可求出触摸网对地回路单 位长度阻抗为：
钢轨对地回路单位长度阻抗为：
钢轨对地回路与触摸网对地回路的单位长度互阻抗为：
牵引网的单位长度阻抗为：
又由于供电臂长为25 km，依据式（7）可求出牵引 网等值电阻和电感为3.6 Ω和0.025 H。牵引网对地等值 电容为：
式中Rε 和fc 别离表明触摸线的等效半径和承力索驰度。
依据这些参数可树立如图2所示的机车过电分相时 的牵引网等效电路模型。图2中机车模型由机车等效阻 抗Z9、机车变压器励磁阻抗Z10、高压互感器Z11以及受电弓对地电容C6组成。CB3、CB4、CB5模仿的是 机车在过火相的进程中，受电弓在触摸网上的不同的 方位。
2 过电压、谐波发生原理
2.1 操作过电压发生原理
机车在过火相进程中，受电弓与触摸网触摸方位的 时刻改变，致使牵引供电体系内部电路结构发生改变， 然后发生电磁能量的骤变引起过电压[2]。机车在过火相 的进程中可分为3个阶段，各阶段电压改变如下。
1）在进入中性段之前，机车在供电臂A上运转并由 其供电。当机车行将进入中性段时，中性段与供电臂A 相连，使机车能带电过火相。此刻电压如图3所示。当 CB1闭合时，中性段电压由感应电压变为牵引变压器电 压，此刻电压值显着变大。
2）当机车进入中性段一段时刻后，CB1翻开，中 性段与供电臂A断开衔接。供电臂A中止给机车供电。 此刻，机车上的理性负载的能量将逐步转移到中性段对 地电容上，构成1个激烈的二阶振动，中性段上发生截 流过电压[3]。
CB1断开后，在经过1个短时刻的延时后CB2闭合。 由于电机是理性负载，所以在这个短时刻的延时进程 中，机车上依然存在电流，这个电流在流过机车主变压 器的二次绕组时会耦合到一次侧，并在中性线发生电 压。由于此刻机车处于中性段，该电压与中性线感应电 压叠加发生中性线残压[4-6]。在CB2闭合后，假如中性线 残压与供电臂上电压源UB存在瞬态压差，那么中性线对 地电容和触摸网上阻抗之间将发生1个振动进程，该过 程中，当各点呼应的暂态重量和稳态重量相位相一起， 两重量将会叠加然后发生合闸过电压。中性段上电压如 图4所示。
3）机车脱离中性段后CB2断开，中性段与供电臂B 断开衔接，机车完结过火相。
2.2 谐波
沟通电力机车是牵引供电体系中最首要的谐波源， 首要由网侧变流器中PWM操控中开关元件高频切换引 起的。依据文献[7]可知当机车处于牵引网不同方位时， 其两边牵引网将呈现出不同阻抗特性，当两边阻抗可分 别等效为容性阻抗和理性阻抗且两边阻抗参数发生并联 谐振匹配时，谐振将引起机车压严峻畸变，然后要挟到 牵引网的安全性与稳定性。
3 按捺办法
机车发生的谐波可能在电网中引起并联谐振，此刻 谐波电流将会急剧加大，一起叠加在基波电压上的谐波 电压也会急剧加大，然后引起过电压，导致机车空间间 隙被击穿、变电所跳匝等事端，然后影响铁路的安全运 行。所以，要处理这个问题不只要按捺机车过火相时产 生的操作过电压，还要滤除网侧变流器发生的谐波。
其间按捺操作过电压可选用以下几种办法[7]：①使 用IGBT等可操控通断时刻的器材来改变通断时电压电 流的相角；②在线路上加装保护设备，如阻容吸收装 置、氧化锌避雷器（MOA）等。
依据文献[8]可知按捺谐波有两种办法：①针对机车 上的网侧变流器进行管理，即针对其操控办法和拓扑结 构提出按捺谐波的办法；②加装滤波设备。
而RLC设备不只能够组成1个高通滤波器来滤除机 车网侧变流器发生的谐波，一起该设备中的电阻R、电 容C还可组成阻容吸收器来按捺操作过电压。因而本文 提出在中性段加装RLC设备来处理过电压问题。
3.1 过电压按捺原理
RLC设备按捺过电压的原理如图7所示，其间，电 阻R可用来耗费高频振动的能量；而电感L因具有通低 频阻高频的特性，所以流向R的工频电流将会削减，从 而下降工频电流的耗费；而电容C则是由于其具有电压 不能骤变的特性，过电压上升速度将会得到减缓。
当开关CB1闭合时，由于电感上电流不能骤变，此 时回路方程为：
此方程临界值为：
此刻，回路处于欠阻尼状况，不会呈现振动过电 压。所以，在RLC按捺设备中，R满意
一起，为避免与机车主变压器发生共振，所以还需 满意公式：
其间，f0 为机车主变压器自振频率，约为12 kHz。
3.2 谐波按捺原理
RLC设备不只能按捺过电压，一起还能构成1个二 阶高通滤波器，滤除谐波，其结构如图8所示。其阻抗 频率特性为：
又由于机车网侧变流器发生的37～43次谐波频率可 能与牵引网谐振频率重合，然后发生谐振，危及牵引网 及设备安全[9]。
因而，RLC设备的阻抗在37～43 Hz时呈 现低阻抗。 因而，依据公式(9)～(13)可求出RLC设备中各器材 取值，电阻R可取20 Ω，电感L可取300 μH，电容C可 取21 μF。
树立仿真模型，模仿中性段加装RLC设备今后，机 车过火相进程中中性段上的电压如图9所示，已根本抑 制过电压和滤除谐波。
4 定论
本文经过建立锚段关节式电分相和机车的模型，对 机车经过地上主动过火相的进程进行了仿真模仿，然后 对地上开关的开合闸的瞬态进程进行了研讨，剖析了截 流过电压、合闸过电压以及谐波的发生原理，并阐明晰 其带来的损害，最终提出在中性段上加装RLC设备然后 到达按捺操作过电压和滤除谐波的作用。仿真成果标明 理论剖析正确有用，该办法有用地处理了过电压问题，确保了铁路的安全性与稳定性。
参考文献：
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