机车牵引变压器谐波测试

陈湘令

（湖南铁道职业技术学院，湖南 株洲 412001）

机车牵引变压器是电力机车电源部分的一个重要部件，用来把接触网上取得的25KV 高电压变换为供给牵引电机及其他辅助电机、机车电器工作所适合的电压。牵引主变压器安装在交流馈电的电力机车上，把馈电电源变换为适当的主电路电源和辅助电路电源。交流传动电力机车，如CRH 系列动车组和HXD 系列重载货运电力机车，由于采用了交流变频电源，致使牵引电网的网侧电流谐波频谱变宽，在1kHz-10kHz 范围内都存在可测量的谐波成分。谐波如果过大，可能引起谐振现象发生，造成谐振过电压和过电流，导致牵引电网上的其他负荷无法正常工作。因此，对机车牵引电源系统，尤其是机车牵引变压器进行谐波测试，尤显重要。

1 机车牵引变压器谐波测试要求

某电力机车（和谐HXD1）网侧主变压器接线示意图如图1所示，25kV 高压电通过高压开关（断路器）等送到机车的主变压器室。

某电力机车（和谐HXD1）主变压器各绕组接线示意图如图2所示，输入绕组接网侧高压25kV，4 个输出绕组（a1×1 至a4×4）分别接整流、逆变装置。整流装置把单相交流电源变成直流电源，再通过逆变装置把直流电源逆变为可调频率的三相交流电源，供电给4 台交流牵引异步电动机。

图1 HXD1 电力机车主变压器接线示意图

图2 HXD1 牵引主变压器各绕组接线示意图

从图1可知，该牵引主变压器的一次绕组直接与牵引电网联接；从图2可知，该牵引主变压器的输出绕组联接交流变频电源装置，负载为三相交流异步牵引电动机。负载的不稳定运行、变流装置的谐波干扰等都会通过主变压器直接反映到牵引电网上。因此，对该变压器各绕组进行负载电流项目测试时，除了测量精度达到0.5 级以下外，还要求电流测量仪器应具有谐波分析功能，能得出19 次以下谐波电流数据，能测量电流的总有效值和基波值，并能显示各次谐波分量的百分数和总电流波形。

2 测试过程

1）负载电流信号的采样

在主变压器原边接地端接一个电流互感器LH，该电流互感器感应出负载电流信号作测试专用。互感器次边再接一个电流适配器LSP，从适配器上取得与机车负载电流信号成比例缩小的小电流负载信号。电流信号的采样接线图如图3所示。也可以在主变压器接地端直接接一个分流器，从分流器上采取小电流信号作为测试专用。

2）对被测信号的处理

将采样取得的小负载电流信号送入到带傅里叶变换（FFT）的波形分析仪和微机实时数据采集与处理系统，对被测信号进行分析处理。每个信号谐波分析时的最高谐波次数可达31 次，厂家要求至少可测试19 次以下谐波。

3）对被测信号的频域分析及相关计算

将被测信号进行频域分析，得到各次谐波有效值及其相位，其数据可用于谐波分析与功率计算。

图3 用电流互感器采取电流信号的接线图

3 测试结果

实测某主变压器（HXD1)牵引绕组电流波形及各次谐波含量。图4为高压绕组总电流波形，图5为各次谐波占总电流的百分数。

图4 某主变压器（HXD1)牵引绕组AX 总电流波形

图5 某主变压器（HXD1)牵引绕组AX 电流各次谐波含量

由测量结果可知，谐波分量主要集中在3、5、7、9、11、13、15 等奇次谐波上，3、7 次谐波含量最高，偶次谐波2、4、6、8 等的分量较少。

根据测量结果，采用基波及谐波的有效值计算公式，可以计算出总电流的有效值大小和基波的大小，进一步进行功率计算。

4 结论

目前，随着交流电传动电力机车在高铁和动车组上的广泛应用，谐波对牵引电网的影响越来越大，造成牵引电网上的很多负载发热严重，甚至影响到直流电力机车的正常使用，如直流机车上的一些电阻由于谐波造成的热效应而烧毁。所以，采用先进的谐波测试设备及分析系统，对机车主变压器进行谐波测试分析，在变压器制造和机车电源变流系统方面，尽量减少各奇次谐波，具有重大指导意义。

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