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27.5kV电力供电电源的几点应用经验.pdf
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1、2 7 5 k V电力供电电源的几点应用经验赵 新 2 7 5 k V电力供 电 电源 的几 点应 用 经验 赵新 ( 中铁第一勘察设计院集团有限公司电气化处 西安,7 1 0 0 4 8 ) 摘要:本文对迁曹线曹妃甸南站工频交直交电源B相输出升压变压器过热原因进行了分析, 找出了因B相逆变回路滤 波电容器老化, 造成输出电压波形严重畸变, 引起输出B相升压变压器铁芯长时间发热、 造成线圈老化的原因。并根据运行经 验提出了在电气化区段选用交直交电源时应首选高频模块化交直交电源的建议。 关键词:电气化; 交直交; 电源; 应用 D OI 编码 :1 0 1 4 0 1 6 c n k i 1 0
2、 0 1 9 2 2 7 2 0 1 5 0 2 0 6 2 Ab s t r a c t : I n t h i s p a p e r , t h e r e a s o n o f p o we r fre q u e n c y AC DC AC o u t p u t c a u s i n g t r a n s f o r me r o v e r h e a t i n g i n the Ca o f e i d i a n s o u t h s t a t i o n Q i a n C a o r a i l wa y i s a n a l y z e d , t h
3、 e r e a s o n o f o u tpu t B s t e p u p tr ans f o r me r i r o n c o r e h e a t f o r a l o n g t i me a n d wi r e a g i n g c a u s i n g b y the a g i n g o f B p h a s e i n v e r s i o n l o o p fil t e r c a p a c i t o r , a s e ri o u s d i s t o r t i o n o f o u tpu t v o k a g e wa v
4、 e f o r m i s f o u n d Ac c o r d i n g t o the o p e r a t i o n e x p e r i e n c e o f a s k i n g i n the e l e c t r i c a l s e c t i o n u s e AC- DC AC p o we r s h o u l d b e the fi r s t c h o i c e o f h i g h f r e q u e n c y mo d u l a r i z e d AC DC- AC p o we r a d v i c e Ke y w
5、o r d s : E l e c t r i c ; AC- DC-AC; P o we r ; Ap p l i c a t i o n s 中图分类号 :T M6 g 文献标识码 :A 文章编号 :1 0 0 1 - 9 2 2 7 ( 2 0 1 5 )0 2 0 0 6 2 一 O 4 1 问题提出 迁曹线滦南至曹妃甸段铁路全长9 2 1 k m, 是曹妃甸港区连 接华北路网的铁路运输通道。始于滦港铁路滦南站,终于曹妃 甸港区。此段设计为双线电气化铁路 ,A T供电方式,由铁道 第一勘察设计院设计。港区设计有三个车站,曹妃甸南站、曹 妃甸站、曹妃甸西站。车站的信号、通信、生产、生活用
6、电由 1 0 k V电力贯通线供电。三个车站第二路 电源均从各车站接触 网上接引,经变压器将 2 7 5 k V电压降压至0 2 2 k V,再经过电 气化铁道专用单相变三相交直交电源设备将单相电源变换成三 相四线 O 3 8 k V 0 2 2 k V电源,供车站信号 、通信系统使用 。曹 妃甸南站、曹妃甸西站为单变三工频交直交电源,在2 0 0 8 年 8 月投入使用 曹妃甸站为高频模块化单相变三相交直交电源 , 在2 0 1 0 年9 月投入使用。 2 0 1 1 年8 月中旬,曹妃甸南站单变三工频5 0 k V A交直交电 源B 相逆变升压变压器有放电现象。检查发现,B相逆变升 压变压
7、器严重过热,线圈表面绝缘纸由黄色变成了黑色,给交 直交电源设备送电时有明显的放电声音 ,在运行中噪音很大。 单变三工频5 0 k V A交直交电源逆变升压变压器为单相设计,变 压器容量单相2 1 2 5 k V A,结构为浸渍式干变。 2 原 因分析 电气化铁路专用工频交直交电源为单变三的转换模式,输 入电源为单相交流O 2 2 k V,经过电抗器、升压变压器 、整流 桥 、电容稳压滤波 、B U C K斩波,稳压滤波最后输出一个稳定 的直流O 2 2 k V电源。整流原理如图 1 所示 。 6 2 收稿 日期 : 2 0 1 4 1 2 2 0 芦 品 h 鸡瓣 IS T f l i l l
8、 图 1 整流原理示意图 工频交直交电源逆变器多采用三相全桥逆变器结构其原理 如图2 所示 。全桥逆变器是由功率器件组成主电路 ;换流电 感、电容、二极管组成变流电路;反馈二极管 、反馈电抗器组 成反馈电路 ;交流滤波电感 、交流滤波电容组成交流滤波电 路;逆变器触发控制电路;保护电路;升压变压器组成 。整 流后的直流0 2 2 k V电源, 经过逆变器和升压变压器输出稳定的 三相四线交流电源。 一 图2 三相全桥逆变器原 理示意图 这种结构的交直交电源逆变器后面都有一个隔离变压器 , 经角、星接线变压器将三相三线制转换成三相四线制 。 通过对故障B相升压变压器分解后发现,变压器输入侧线 圈严
9、重过热, 漆包线绝缘漆大面积脱落。输出侧线圈较为正 常。变压器输入侧六个线圈并联接线,单个线圈双线并绕。输 出侧三个线圈并联接线 ,单个线圈双线并绕。一、二次线圈单 根导线截面一样。铁芯柱上缠绕的绝缘纸在输入线圈的位置由 黄色变成了黑色,在输出线圈位置由黄色变成了黄黑色。 升 压变压器输入侧相电压 1 4 0 V , 输出侧相电压 2 3 0 V。经了解 , 现场单变三5 0 k V A交直交 电源所带负荷较小 ,日常负荷A 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 自动化与仪器仪表) 2 0 1 5 年2 期( 总第 1 8 4 期) 相7 A、B 相l 7 A、C相7
10、 A。因过负荷造成升压变压器 过热的可能性不大。这是因为升压变压器线圈单根导线的截面 为4 5 1L 方毫米 ,并联以后导线总截面为4 8 平方毫米,导体许 可载流量在 1 5 0 A左右。因此,交直交电源所带的负荷远远不 会造成变压器铁芯及线圈的发热。 为了搞清楚输出变压器铁芯、线圈发热的原因,对交直交 电源的三相输出电压的各次谐波含量进行了测试,测试时设备 不带负荷, 测试结果如下: A相电压谐波含量立柱图,A相电压波形图,A相电压频 域分析结果如下。 A相电压谐波含量立柱图3 , 3 5 3 f U nl u1 1 诣 谊立挂 图 2 5 I t 5 j l l l l 景 量 量 量
11、; l ; l ; ; ; ; l l ; l l ; l ; ; l l l 备注: 横坐标表示频率单位赫兹, 纵坐标表示每次谐波与基波比值 图3 A相 电压谐波含量立柱 图 A相电压波形如图4 , 400- 3 0 0 、 、 、 2 0 O 一 1 0 0 、 l 0- V 0 V 一100一 一 20O一 一30O一 - 40O一 备注: 横坐标表示频率单位赫兹 , 纵坐标表示电压单位伏特 图4 A相 电压波形图 从 A相电压频域分析结果看交流有效值2 3 2 6 8 5 V ,各次 谐波只有2 次谐波2 9 4 6 超过了电能质量公用电网谐波标准偶 次谐波2 的要求 其它各次谐波含量
12、都不超过电能质量公用电 网谐波标准。电压谐波总畸变率为4 6 9 1 。低于电能质量公 用电网谐波标准电压谐波总畸变率5 的要求。G B T 1 4 5 9 5 9 3 ( 电能质量公用电网谐波)国家标准中公用电网谐波电压限制 值H 见表 1 。 表1 公用电网谐波电压限制值 B相电压谐波含量立柱图,B相电压波形图,B相电压频 域分析结果如下。 B相电压谐波含量立柱图5 3 5 一一 - 一 一 一 一- - - 一 , t k r r O l 一 蝴 #目 n 日 m n m n m mn日m m 0 0 H m mt t 。 0 0 q H m m 日 m 0 H 备 注: 横坐标表示频率
13、单位赫兹 , 纵坐标表示每次谐波与基波 比值 图5 B 相电压谐波含量立柱图 B 相电压波形如图6 一 备注: 横坐标表示频率单位赫兹, 纵坐标表示电压单位伏特 图 6 B相 电压 波形 图 B 相电压局部波形如图7 : 备注: 横坐标表示频率单位赫兹, 纵坐标表示电压单位伏特 图7 B相 电压局部波形 从 B 相电压频域分析及电压谐波含量立柱图结果看 ,电压 畸变主要在 1 9 0 4 k H Z 谐波含量在 1 0 9 7 、1 9 1 3 k H Z谐波含量 在 1 8 8 4 、1 9 1 4 k H Z 谐波含量在3 0 4 5 、1 9 2 3 k H Z谐波含量 在 1 8 0
14、9 、1 9 2 4 k HZ 波含量在 3 1 1 1 谐, 1 9 3 4 k H Z 谐波含 量在 1 0 8 7 的区域内。从B相电压波形图及局部波形图看B相 电压波形畸变是很严重的。 C相电压谐波含量立柱图,C相电压波形图,C相电压频 域分析结果如下。 C相电压谐波含量立柱图7 弱 蓦 基 量 晷 ; l l l i l i l ; ; l l ; 备注: 横坐标表示频率单位赫兹 , 纵坐标表示每次谐波与基波比值 图 7 c相 电压谐波含量立柱 图 C相电压波形如图8 圃 八八八 八 V 备注 : 横坐标表示频率单位赫兹, 纵坐标表示电压单位伏特 图8 c相电压波形图 6 3 : =
15、 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 7 5 k V电力供电电源的几点应用经验赵 新 从 c 相电压频域分析结果看交流有效值2 2 4 1 6 4 V,3 次谐 波最高为 1 9 3 ,各次谐波含量都不超过电能质量公用电网谐 波标准, 电压总谐波畸变率为2 5 8 6 ,低于表 1 电能质量公用 电网谐波标准5 的规定。 从以上测试数据可以看出,A相电压除2 次谐波为2 9 4 6 超过偶次标准2 外 ,其它各次谐波均不超过表 1 的国家标 准。c 相电压各次谐波均不超过国家标准。A相电压、c相电 压波 形均成 正弦波形 。B相 电压在 1 9 0 4 、1
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