許繼勇，上海理工大學(xué)大學(xué)  楊春旭，上海電力學(xué)院

   隨著(zhù)電氣化機車(chē)使用越來(lái)越廣泛，會(huì )在電網(wǎng)中會(huì )產(chǎn)生大量的諧波和負序污染，如不能在牽引變電站得到及時(shí)治理，將注入電網(wǎng)，降低電能質(zhì)量，隨著(zhù)城鐵和地鐵的發(fā)展，這一矛盾日益突出。改善電能質(zhì)量的先決條件是對不同工況下的電能質(zhì)量進(jìn)行合理監測和細致分析，而國內絕大多數供電站段都不具有相關(guān)的分析儀器和設備。針對這一問(wèn)題，根據我國電氣化鐵路的自身特點(diǎn)，研制攜帶方便、分析功能強大而且符合鐵路工作習慣和要求，高性?xún)r(jià)比的、多功能、便攜式電能質(zhì)量檢測分析裝置非常必要。

   “清潔”的機會(huì )

   根據電能質(zhì)量定義，首先要針對頻率、無(wú)功功率、負序電流、諧波等參數進(jìn)行分析測量。牽引供電電能質(zhì)量分析系統在設計之初，對電氣化鐵路客運專(zhuān)線(xiàn)AT、直供方式的變電所、AT所、分區所、開(kāi)閉所的牽引負荷諧波、負序、電壓質(zhì)量進(jìn)行固定時(shí)段的最大、最小、平均、95％概率值的統計分析。

   電氣化鐵路客運專(zhuān)線(xiàn)AT、直供方式的變電所、AT所、分區所、開(kāi)閉所的牽引負荷諧波、負序測試由負荷性質(zhì)決定的其他測試要求：

   (1) 客運專(zhuān)線(xiàn)供電系統測試，尤其是聯(lián)調聯(lián)試期間測試時(shí)間較長(cháng)，中間常有包括所用電在內的全所斷電，測試系統需要具有虛擬儀器的即啟即測、閾值啟停、定時(shí)啟停功能。

   (2) 由動(dòng)車(chē)組、電力機車(chē)性能及SVC、抑制諧振濾波器性能等決定的對諧波分析、THD計算至不同的諧波次數的要求，是否計算偶次諧波的要求。

   (3) 客運專(zhuān)線(xiàn)供電系統測試各條饋線(xiàn)電流需要和與其相關(guān)電壓計算相關(guān)關(guān)系（功率、相位差）。

   在硬件方面，電壓及電流需要達到一定標準，系統采樣的速率及精度必須很高，采用了凌華數據采集卡（PCI-9846），DVDI系列互感器，電流鉗選用FLUKE i200s交流電流鉗。
 
                 
                                   圖1總體設計方案

   系統的軟件部分由LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺編寫(xiě)?；谔摂M儀器的電能質(zhì)量檢測系統分為檢測和分析兩大部分。監測部分的任務(wù)是將原始電壓電流信號采集并變換成數字信號，然后顯示出波形和頻譜，存儲并輸出數據文件，其包含的功能模塊有數據傳輸模塊、數據分析模塊、圖形顯示模塊、數據文件輸出模塊等；分析部分是對監測部分輸出的數據文件進(jìn)行系統的深入分析，得出電能質(zhì)量各項指標參數的統計結果、變化趨勢等，并根據需要打印出牽引供電系統的電能質(zhì)量分析報表。

   衡量效果

   結合根據牽引供電系統的特點(diǎn)，利用LabVIEW軟件設計出牽引供電系統參數設置、站所變比、實(shí)時(shí)波形數據、數據實(shí)時(shí)分析、歷史數據、歷史數據分析、牽引側電流和相關(guān)計算統計共8個(gè)選項控件。

   用基于軟鎖相的FFT諧波檢測和組合小波檢測諧波的方法對電氣化鐵道諧波實(shí)測數據進(jìn)行分析，諧波數據來(lái)自北京鐵路局石家莊供電段內京廣線(xiàn)某變電所、石太客專(zhuān)某變電所和石德線(xiàn)某變電所。處理諧波次數為2~63次，采樣頻率為256點(diǎn)/周波。記錄數據的時(shí)間為24小時(shí)。牽引供電系統電壓、電流數據中根據車(chē)型負載的不同和牽引變電所供電區段有無(wú)機車(chē)負載，其諧波含量也有著(zhù)不同之處，本文主要針對不同車(chē)型負載給牽引供電系統所帶來(lái)的諧波進(jìn)行分析。

  （1）京廣線(xiàn)某變電所測試

   該變電所采用110/27.5kV的阻抗匹配平衡變壓器，牽引變壓器采用三相Vv結線(xiàn)，110kV側電壓互感器變比為110kV/100V，電流互感器為300/5A，牽引側電壓互感器變比為27.5kV/100V，電流互感器變比為1000/5A為采用供電區間采用直流加回流供電方式供電，該供電區間運行的車(chē)型負載有CRH系列、SS系列機車(chē)和和諧系列貨運機車(chē)。

   （2）石太客專(zhuān)某變電所測試

   該變電所采用110/27.5kV的阻抗匹配平衡變壓器，牽引變壓其采用三相Vv結線(xiàn)，110kV側電壓互感器變比為110kV/100V，電流互感器為400/5A，牽引側電壓互感器變比為27.5kV/100V，電流互感器變比為1200/5A為采用供電區間采用直流加回流供電方式供電，該牽引變電所只為本條客運專(zhuān)線(xiàn)供電，運行車(chē)型較為單一，主要為CRH系列動(dòng)車(chē)。

  CRH系列該型機車(chē)取流波形如圖2所示：
 
                
                     圖2 CRH系列該型機車(chē)取流波形

  CRH系列該型機車(chē)取流經(jīng)分析后諧波含量直方圖如圖3所示。由圖3知CRH系列該型機車(chē)電力機車(chē)取流幾乎呈現正弦，其取流諧波含量主要集中于3次諧波上。
     
                
                     圖3CRH系列該型機車(chē)取流諧波含量直方圖

  (3) 石德線(xiàn)某變電所測試

   該變電所采用110/27.5kV的阻抗匹配平衡變壓器，牽引變壓其采用三相Vv結線(xiàn)，110kV側電壓互感器變比為110kV/100V，電流互感器為400/5A，牽引側電壓互感器變比為27.5kV/100V，電流互感器變比為600/5A為采用供電區間采用直流加回流供電方式供電，藁城變電所供電區間主要運行的機車(chē)多為SS4型貨運機車(chē)，客運機車(chē)多以?xún)热紮C車(chē)為主。

  SS該型機車(chē)取流波形如圖4所示：
 
               
                      圖4 SS該型電力機車(chē)取流波形

  SS該型機車(chē)取流諧波含有量直方圖如圖5所示。SS該型電力機車(chē)的取流諧波主要分布于3次、5次、7次、9次和11次上，并隨著(zhù)諧波頻率的增加，其諧波含量也隨之減小。
 
               
                      圖5 SS該型機車(chē)取流諧波含量直方圖

   不難看出，針對牽引供電對電網(wǎng)污染嚴重的特點(diǎn)，所設計的牽引供電的電能質(zhì)量檢測系統，可以檢測頻率、負序電流、無(wú)功功率、諧波等參數。硬件上數據卡采用了凌華高速數據采集卡，保證了數據采集的速度和精度。目前該檢測系統已經(jīng)應用在多條客運專(zhuān)線(xiàn)上，性能穩定可靠。

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