电气化铁路牵引负荷负序特性与负序源建模分析

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1、硕士学位论文--一,=II．m—————t—=I=自s1．1课题提出的背景和意义第1章绪论近20多年来，电气化铁路在我国得到了快速的发展，电力牵引负荷总功率及其在整个铁道运力中所占比重也随之得到迅速增加。但由于电力牵引负荷本身的不对称性，在运行时会给系统带来严重的负序危害，研究其负序特性进而抑制其负序危害已越来越引起人们的重视。1．1．1电气化铁路的发展现状电力牵引具有马力大、速度快、能耗低、效率高、环保等特点，使用电力牵引的区段，运输能力明显提高，运输成本大为降低，同时，电力牵引机车在机车性能、工作条件等方面较内燃机车更好，是我国铁路牵引动力今后的发展方向。电气化铁道

2、在我国得到迅速发展，2005年，我国电气化铁路总里程达N20000km，．至U2010年将达多J26000km，并担负50％9上的铁路运量，给国民经济带来了巨大的经济效益。目前湖南境内已投运的电气化铁路有京广、湘黔铁路：基本建成即将投入运行的有渝怀．、焦柳铁路；国家。埘十一五”重点工程——武广高速客运专线和洛湛电气化铁路正在建设之中；湘桂线也即将开始建设。这些电气化铁路的建设与运行，将使湖南电网的电气化铁路牵引负荷迅速增长。例如，在建的武广客运高速电气化铁路在湖南境内设计有11座牵引变电站，牵引变电容量达1620MVA。预计至U2010年，湖南电网的电气化铁路牵引负荷实

3、际运行容量将达到1000MW以上，其占全网网供负荷的比例将接近乃至超过10％。1．1．2负序电流对电力系统的影响正常运行的电力系统是三相对称的，表现为电源电势、网络结构和网络元件参数、负荷均三相对称，以及各运行参数三相对称。无论电源、网络、负荷任一部分的三相对称性遭到破坏，系统的对称运行状态即受破坏，就会出现电压或电流的不对称。由对称分量法可以将三相不对称电流分解为正序电流、负序电流和零序电流。负序电流对电力系统元件具有巨大的影响和危害，主要表现在【lJ：(1)负序电流对发电机的影响。负序电流对发电机影响最大的是转子的附加损耗与发热，其次就是附加振动。转子的附加损耗与发

4、热方面，负序电流在定、转子气隙中建立一个以同步转速旋转、方向与转子转向相反的旋转磁场(负序旋转磁场)，它92倍的同步转速切割转子，在转子表面各部件(如大齿、小齿、槽楔、护环等)上感应2倍工频电流。由于转子结构不对称，2倍工频电流在转子上分布不均匀，～般大齿的导磁性能较好，故大齿上感应的电流较大，小齿和槽楔电气化铁路牵引负荷负序特性及负序源建模研究上的电流相对要小些，而且在集肤效应和大齿上横向槽作用下，造成在转子表面和大齿横向槽两侧的电流密度较大，容易出现局部温度升高和过热。另外，转子上感应的2倍工频电流，不仅沿转子轴向分布，还有径向分布，形成环流，电流流经护环及其嵌装表

5、面，槽楔与齿的搭接处等部位时，因各部位的接触电阻较大，也容易出现高温和过热，这些高温和过热点的存在很可能发生转子局部烧损。对邻近牵引变电所而远离(指电气距离)电源的网络中的三相电动机的发热影响，并以感应电动机的定子绕组为敏感部位。同时还将在电动机中产生一反向旋转磁场，此反向磁场将对转子产生一个制动力矩，对电动机转子起制动作用，影响其出力。负序电流使转子产生振动的原因有两个。一是负序磁场以2倍同步转速切割转子及转子本身，磁路不对称，故负序旋转磁场的轴线与转子纵轴重合时，磁阻小，磁通大，大转子上的作用力矩大，与转子横轴重合时，磁阻大，磁通小，在转子上的作用力矩小，这样在定、

6、转子之间产生交变的电磁转矩，致使转子所受力矩也是交变的，转子因此产生振动，另一方面，转子上的2倍工频电流流经转子上各部件，因其使用材料不同，各自的热容量也不同，如护环的热容量较小，在护环与转子本体之间就会形成温差，使护环失去紧力。(2)负序电压对异步电动机的影响。对于异步电动机来说，正序电压产生正序电流和顺转的电磁转矩，负序电压产生负序电流和逆转的电磁转矩。负序电压对异步电动机的运行是十分不利的，较小的负序电压加到异步电动机上将会引起较大的负序电流及负序逆转电磁转矩，直接影响异步电动机的效率和安全可靠运行。(3)负序电流对电力变压器的影响。负序电流造成电力系统三相电流不

7、对称，因而系统中的三相变压器有一相电流最大而不能有效发挥变压器的额定出力(即变压器容量利用率下降)。另外，还可造成变压器的附加能量损失和在变压器铁心磁路中造成附加发热。(4)负序电流对输电线路的影响。负序电流流过电力网络时，实际上不做功，只造成电能损失，从而降低了电力线路的输送能力。(5)负序电流对继电保护装置的影响。负序电流干扰继电保护和自动装置的负序参量启动元件，使它们频繁误动作。其中距离保护的负序振荡闭锁装置误动后，除了作用于触发声光报警信号外，尚可能产生以下后果之一：首先，当电铁负序信号作用时间较长时，距离保护要转人闭锁状态，使线