電氣化鐵路牽引負荷負序特性與負序源建模分析

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1、碩士學(xué)位論文--一,=II．m—————t—=I=自s1．1課題提出的背景和意義第1章緒論近20多年來，電氣化鐵路在我國得到了快速的發(fā)展，電力牽引負荷總功率及其在整個鐵道運力中所占比重也隨之得到迅速增加。但由于電力牽引負荷本身的不對稱性，在運行時會給系統(tǒng)帶來嚴重的負序危害，研究其負序特性進而抑制其負序危害已越來越引起人們的重視。1．1．1電氣化鐵路的發(fā)展現(xiàn)狀電力牽引具有馬力大、速度快、能耗低、效率高、環(huán)保等特點，使用電力牽引的區(qū)段，運輸能力明顯提高，運輸成本大為降低，同時，電力牽引機車在機車性能、工作條件等方面較內(nèi)燃機車更好，是我國鐵路牽引動力今后的發(fā)展方向。電氣化鐵道

2、在我國得到迅速發(fā)展，2005年，我國電氣化鐵路總里程達N20000km，．至U2010年將達多J26000km，并擔(dān)負50％9上的鐵路運量，給國民經(jīng)濟帶來了巨大的經(jīng)濟效益。目前湖南境內(nèi)已投運的電氣化鐵路有京廣、湘黔鐵路：基本建成即將投入運行的有渝懷．、焦柳鐵路；國家。塒十一五”重點工程——武廣高速客運專線和洛湛電氣化鐵路正在建設(shè)之中；湘桂線也即將開始建設(shè)。這些電氣化鐵路的建設(shè)與運行，將使湖南電網(wǎng)的電氣化鐵路牽引負荷迅速增長。例如，在建的武廣客運高速電氣化鐵路在湖南境內(nèi)設(shè)計有11座牽引變電站，牽引變電容量達1620MVA。預(yù)計至U2010年，湖南電網(wǎng)的電氣化鐵路牽引負荷實

3、際運行容量將達到1000MW以上，其占全網(wǎng)網(wǎng)供負荷的比例將接近乃至超過10％。1．1．2負序電流對電力系統(tǒng)的影響正常運行的電力系統(tǒng)是三相對稱的，表現(xiàn)為電源電勢、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)、負荷均三相對稱，以及各運行參數(shù)三相對稱。無論電源、網(wǎng)絡(luò)、負荷任一部分的三相對稱性遭到破壞，系統(tǒng)的對稱運行狀態(tài)即受破壞，就會出現(xiàn)電壓或電流的不對稱。由對稱分量法可以將三相不對稱電流分解為正序電流、負序電流和零序電流。負序電流對電力系統(tǒng)元件具有巨大的影響和危害，主要表現(xiàn)在【lJ：(1)負序電流對發(fā)電機的影響。負序電流對發(fā)電機影響最大的是轉(zhuǎn)子的附加損耗與發(fā)熱，其次就是附加振動。轉(zhuǎn)子的附加損耗與發(fā)

4、熱方面，負序電流在定、轉(zhuǎn)子氣隙中建立一個以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)、方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(負序旋轉(zhuǎn)磁場)，它92倍的同步轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子表面各部件(如大齒、小齒、槽楔、護環(huán)等)上感應(yīng)2倍工頻電流。由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不對稱，2倍工頻電流在轉(zhuǎn)子上分布不均勻，～般大齒的導(dǎo)磁性能較好，故大齒上感應(yīng)的電流較大，小齒和槽楔電氣化鐵路牽引負荷負序特性及負序源建模研究上的電流相對要小些，而且在集膚效應(yīng)和大齒上橫向槽作用下，造成在轉(zhuǎn)子表面和大齒橫向槽兩側(cè)的電流密度較大，容易出現(xiàn)局部溫度升高和過熱。另外，轉(zhuǎn)子上感應(yīng)的2倍工頻電流，不僅沿轉(zhuǎn)子軸向分布，還有徑向分布，形成環(huán)流，電流流經(jīng)護環(huán)及其嵌裝表

5、面，槽楔與齒的搭接處等部位時，因各部位的接觸電阻較大，也容易出現(xiàn)高溫和過熱，這些高溫和過熱點的存在很可能發(fā)生轉(zhuǎn)子局部燒損。對鄰近牽引變電所而遠離(指電氣距離)電源的網(wǎng)絡(luò)中的三相電動機的發(fā)熱影響，并以感應(yīng)電動機的定子繞組為敏感部位。同時還將在電動機中產(chǎn)生一反向旋轉(zhuǎn)磁場，此反向磁場將對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個制動力矩，對電動機轉(zhuǎn)子起制動作用，影響其出力。負序電流使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振動的原因有兩個。一是負序磁場以2倍同步轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)子本身，磁路不對稱，故負序旋轉(zhuǎn)磁場的軸線與轉(zhuǎn)子縱軸重合時，磁阻小，磁通大，大轉(zhuǎn)子上的作用力矩大，與轉(zhuǎn)子橫軸重合時，磁阻大，磁通小，在轉(zhuǎn)子上的作用力矩小，這樣在定、

6、轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生交變的電磁轉(zhuǎn)矩，致使轉(zhuǎn)子所受力矩也是交變的，轉(zhuǎn)子因此產(chǎn)生振動，另一方面，轉(zhuǎn)子上的2倍工頻電流流經(jīng)轉(zhuǎn)子上各部件，因其使用材料不同，各自的熱容量也不同，如護環(huán)的熱容量較小，在護環(huán)與轉(zhuǎn)子本體之間就會形成溫差，使護環(huán)失去緊力。(2)負序電壓對異步電動機的影響。對于異步電動機來說，正序電壓產(chǎn)生正序電流和順轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩，負序電壓產(chǎn)生負序電流和逆轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。負序電壓對異步電動機的運行是十分不利的，較小的負序電壓加到異步電動機上將會引起較大的負序電流及負序逆轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩，直接影響異步電動機的效率和安全可靠運行。(3)負序電流對電力變壓器的影響。負序電流造成電力系統(tǒng)三相電流不

7、對稱，因而系統(tǒng)中的三相變壓器有一相電流最大而不能有效發(fā)揮變壓器的額定出力(即變壓器容量利用率下降)。另外，還可造成變壓器的附加能量損失和在變壓器鐵心磁路中造成附加發(fā)熱。(4)負序電流對輸電線路的影響。負序電流流過電力網(wǎng)絡(luò)時，實際上不做功，只造成電能損失，從而降低了電力線路的輸送能力。(5)負序電流對繼電保護裝置的影響。負序電流干擾繼電保護和自動裝置的負序參量啟動元件，使它們頻繁誤動作。其中距離保護的負序振蕩閉鎖裝置誤動后，除了作用于觸發(fā)聲光報警信號外，尚可能產(chǎn)生以下后果之一：首先，當(dāng)電鐵負序信號作用時間較長時，距離保護要轉(zhuǎn)人閉鎖狀態(tài)，使線