牵引供电系统无源滤波器的相关研究

胡建平 湖南高速铁路职业技术学院

牵引供电系统无源滤波器的相关研究

胡建平 湖南高速铁路职业技术学院

在最近几年的发展过程中，铁路电气化建设也在飞速发展，对于电气化发展中牵引网出现的高次谐波，给当前使用交流电和直流电的机车正常运行，带来了诸多的问题，甚至对铁路运输行业的正常运行造成了严重的影响。针对问题，第一时间对电气化铁路牵引网中出现的高次谐波所带来的影响进行阐述个分析，以传统高通滤波器的工作提点和性能进行全放为的提升，在和传统的高通滤波器之间进行相互比较，得出新型的高通滤波器在性能和实践工作中，带来的影响和作用都要高于传统的高通滤波器。最后在根据相关的测试数据，证明新型滤波器能在电气化铁路牵引网中也能正常发挥作用和效果。

电气化铁路 高次谐波 高通滤波器

电气化铁路在当前的国内铁路发展中的投入和使用，同样也带动了交、直、交电力机车的发展，这一点方面和传统形态下交、直机车相比，交、直、交电力汽车在实际工作过程中，对电力负荷因数接近1，同时也不需要无功补偿，使得交、直、交电力机车的高次谐波与传统交、直电力机车相比，得到了显著改善。但是相对的，在电力机车工作中得到了改善，就会在电网中进行高次谐波的注入，尤其是在电网开关频率的整数倍地区，可以清楚的感受到高次谐波有着明显的增强，这样一来，高次谐波如果进入牵引网，将会引发牵引网的高次谐振出现。同时，在电力的传导过程中，进入到交、直电力企业的工作中去，也会对本身正在运行的电车造成阻碍，使运行出现问题。

1 牵引网谐波的分布

对牵引网的整体分布来说，只要包括了电力系统中电网和电力回流网两部分。让当前电网由接触网T组成，并且其内容还包含了电网接触线、承力索和加强线等设施，而回流网则是由钢轨R、正、付馈线NFTF以及保护线PW等结构组成。这些部分都有着其特殊的网络结构，这些结构使当前牵引网出现了多种供电方式，但是在当前众多供电方式中，主要使用的防式为带有负馈线的直接和子偶两种供电方式，在这两者之中，人们使用最多的就是直接供电方式，因此，针对研究方向，也会选择直接供电方式进行研究工作。

由于当前的铁路建设还在发展时期，对于铁路运输网络采用的都是交、值整流型号的机车，传统的电力机车整流器一般情况下都是晶闸管相控整流器，这样一来就导致了电力机运行过程中，从电网供电获得适合工作频率的电能时，还会在同一时间向电网种传入谐波，传播的次数为3、5、7。对于交、直、交电力机车来说，所使用的四象限变流器是根据电力脉宽调制所控制的，因此电力运输过程中，开关周围的频率就会相对较高，让低次谐波得到了控制，但是高次谐波的含量就会提升，而这些提升的谐波一部分流入了牵引网，另一部分通过牵引网流入了交、直电力机车的运作中，使电力机车的运作出现问题。

在实际运作中，交、直、交电力机车作为谐波源，所产生的谐波分成了三个流向，一种是流向了变电站；另一种则是流向了电网分区亭；最后一种则是根据电网的交织，流向了其他的机车负载。这样一来，高次谐波流向牵引网的比分看就容易与线路中的其他参数出现耦合的现象，从而产生谐振，而流向交、直电力机车的高次谐波则会对机车的运行产生恶劣的影响，严重的还会出现铁路事故、从而严重影响了铁路运输的安全问题。

2 谐波治理的常用措施

谐波的滤除工作主要采用的是无源滤波和有源滤波两种形式，其中有源滤波在谐波消除工作中的效果十分显著，但是使用价格太贵，设备整体体积大，在电力机车和铁路方面，不能够进行车载安装工作。无源滤波虽然没有有源滤波高效，但是在设备整体性上，相对简单，使用效果与有源滤波器相差也不是很多，因此，无源滤波器更加适合推广。

2.1 常用滤波器分类

人们日常生活和铁路日常工作过程中，通常对高通滤波器分成一介、二阶、三阶和C型四种。高通滤波器在实际工作使用中，对于低频率的波段阻碍相对比较显著，而高频率的波段阻碍相对就会较小。因此在工作的过程中，能够有效的强除掉电网线路中出现的高次谐波，保证铁路运输安全。

其中在躯体的该分类方面，一介高通滤波器在结构上相对简单，造价也相对便宜，但是在工作过程中，需要很大的电容支持，对基本波形也会造成损害，因此在工作中一般不会采用一介的形式。

二阶在工作中就体现了高通滤波器性能的优势，和一介的高频滤波器进行比较，二阶上增加了电网关联电感，从而在工作中减少了电力自身工频和功率的消耗，但是根三阶相比，二阶对于基础波段的损耗还是相对较高。

三阶段，高速滤波器相比于二阶段，多了一个电容，这个电容的出现，不仅减少了基出波段的损耗，还有小的提升了滤波的效率。虽然如此，但是三阶的结构相当复杂，对参数的计算也没有简单的解释和算法，在造价上也会相对较高。

而C型高通滤波器在时间工作中，其工作性能在二阶和三阶之间，处于相对稳定的工作形式，因此在实际工作中，可以大大减少基础波段的损耗。这样做也会有一个缺点，就是对基础波段的元件相对敏感，容易在工作中受到外界影响。

对于这四种高通滤波器来说，对其加强合理化设计和工作完善，可以有效的利用他们在高频率下呈现的低阻抗，来对高粗谐波进行清除，在这些早发中，最常用被人们使用，并且有着优越的效果，就是二阶高通滤波器，除了对二阶的推崇，C型在当前消除高次谐波工作中也得到了跟好的推动和发展。然而，这四种高通滤波器在使用过程中，都需要在电网系统中吸取大量的能量来维持自身的工作，因此对原有的电网设别和电网系统参数，都有着很大的影响，并且想要让高次谐波彻底清除，只能使用这一方法。

2.2 新型滤波器的出现

新型滤波器则是根据当前的发展建设和铁路运输自身条件的结合下，所提出的一种新的滤波器。在电抗器组出现联谐振的时候，对外外界来说，就是呈现出了无穷大的阻抗，这样一来，就相当于对整个电路出现了阻碍，形成了断路。在工作的过程中，如果让点录制在工频下发生并联谐振，这样就可以避免出现电力装置和电网线路之间的武功传输，同时也避免及出波段的消耗，从而使过滤波装置内部通过的电流减少，同时在工频，对于电网线路和电网设备之前也不会产生相应的影响。

3 几种高通滤波器的性能对比

文章上述了集中人们生活和工作中常见的高通滤波器，并且针对这些滤波器的优点和缺点，也都进行了详细的分析工作，接下来的分析中，就是对性能进行简单的了解。在工频下，可以了解新型高通滤波器在对高次谐波的清除工作中，使支路已处于与电流干路的断路状态，没有电流经过，可见对于高次谐工作是非常有效的。并且在工作过程中，由于不用太大功率的电额和设施要求，新型滤波器的阻抗随率下降的更加迅速，体现出了看良好的滤波效果。

4 总结

通过对当前电力发展过程中，基线传统的高通过滤器进行了优点、缺点的分析，从而引出了一种新型高通滤波器的原理，并且还能在分析中得出新型高通滤波器在实际应用中的优势，然后根据一些案例和实际情况，对之前的分析进行确定。这样一来，可以了解到新型高通滤波器对基波起到了相对较好的隔断作用，同时也没有对基波做出相应的损害，在工频下进行工作时，还能对电力设施和线路做出一定的保护，可以说，不仅解决了高次谐波的清理工作，还让电力设施和线路在一定程度上受到保护，因此这样的滤波器非常值得当前研究和推广。

[1]杜晨辉,陈斌,杨文焕,等.牵引供电系统的无源滤波器的研究[J].信息技术,2015(10):78-81.

[3]张民,何正友,高仕斌.不同负荷模型下高速铁路牵引供电系统谐波谐振敏感度分析[J].电力系统保护与控制,2015,43(20):21-28.

启 事

本刊2017年第9期（总第143期），通信与网络栏目，《电力通信网网络资源信息维护流程分析》（P128作者：苏萌、郭志涛）一文，作者及对应单位更正为“苏萌 国网邢台供电公司 郭志涛 河北工业大学”。