摘要：通过对影响铁路运输安全稳定的“三大因素”(设备、制度、人员)相互关系的探讨，提出消除影响运输安全的不稳定因素，奠定支撑运输安全坚实基础的要求措施。在施工组织过程中，加强整体协调运转，明确结合部的分工和责任，保证铁路运输安全的持续稳定。 关键词：铁路运输；安全稳定；因素；设备；施工；影响 、影响运输安全的“三大因素” 维持铁路运输生产所必备的先进技术设备、完善的规章制度和高素质的运营人员是保证铁路运输安全稳定的“三大因素”。铁路运输企业的设备、制度和人员情况在其安全生产中起至关重要的作用。 1)铁路设备对安全的影响。对行车设备的改造施工及故障处理，多数情况需停止信号联锁的使用，要在无联锁的情况下接发列车，操纵台无显示、信号停用、道岔失去联锁，从准备进路、交递凭证、引导接车到区间列车的掌握均由人工来完成，对接发列车安全影响较大。2000年全路发生的17起行车重大、大事故中，有7起(占41．2％)是在施工情况下发生的。设备临时故障是在作业人员无准备的情况下，信号及联锁设备发生变化，一般在水害、雷击、暴风雨雪等自然环境下及设备老化等时，易发生临时故障，对运输安全影响也较大。哈尔滨铁路局每年发生影响接发列车安全的设备故障约1200起。
(2)规章制度对安全的影响。规章制度有遗漏、不严密，与现场实际不符等均会影响运输安全。规章制度不完善的原因主要是：①深入现场实际不够，未能随设备的变化及时修改相应的作业程序及制度；②工务、电务部门不能及时提供相关技术资料，影响车务部门对《车站行车工作细则》的修订、补充和完善，以及有针对性地制定安全防范措施；③没有针对设备的临时变化，及时制定作业办法和安全措施，使作业过程缺乏安全保障。
(3)作业人员对安全的影响。①作业人员对规章制度的掌握或理解有误，影响作业安全；②作业人员不严格执行规章制度，简化作业过程，影响作业安全；③作业人员应变能力差，对突发事件处理不当，影响作业安全。1999年8月2日5：10，哈尔滨铁路局万乐站因3#道岔故障(1—3联动道岔光带和表示灯无显示)，影响上行出站信号不能开放，使用路票发车，5：38 Y212次旅客列车进2道停车，值班员确认3#道岔是定位后，对故障的判定和处理不当，误认为1#道岔也是定位状态，5：40列车启动行至信号机前司机发现l#道岔是反位，停车构成未准备好进路发车的险性事故。
综上所述，在设备改造施工及临时故障等情况下，如果规章制度不完善，设备作业人员应变能力差，就会影响运输安全。因此，强化设备、制度、人员及其相互间的协调配合，是确保运输安全稳定的关键。
2、强化“三大因素”的协调管理
设备是基础、制度是保证、人员是关键，三者是相辅相承、紧密相联、互相制约的统一体；同时，三者只有在动态的变化中保持相对的协调和稳定，安全才有保证，忽视了三者的动态协调与统一，维持安全稳定的支撑就将倾斜。
2．1强化施工管理，提高设备质量
从运输安全的角度规范施工，施工单位应严格按施工方案给定的时间进行施工；实施施工、验收质量责任追究，避免低标准的重复施工，尽可能减少施工次数；接收部门要严格执行日常维修、检查制度，及时处理潜在的设备隐患，减少设备故障率。在设备发生意外故障后，能在最短时间(查标定时)内到达现场，进行抢修，及时恢复设备的正常使用。
2．2跟踪设备变化，完善规章制度
(1)制定符合现场实际的规章制度。随时掌握设备变化情况，以及现场设备的特点和性能，及时修订安全防范措施，修订有关规章制度。
(2)完善施工与交接、培训制度。施工部门应有对车站技术管理人员(包括接收部门的工电维修部门)和作业人员进行培训的义务和责任，有跟踪、处理使用中发生意外问题的责任，限定最少跟踪时间；接收部门的维修人员要尽快掌握设备特点、性能和处理故障的能力。
(3)严格培训上岗制度。
(4)制定特殊情况下，接发列车作业标准。哈尔滨铁路局正在研究制定适合本局设备特点的《正常情况下接发列车作业标准》。
2．3强化人员素质，执行作业标准
(1)强化岗位相关知识的应知应会培训。制定各工种应知必会范围，定期学习、考核和举行技术比武，引进激励机制和岗位轮岗制度。
(2)进行事故案例教育，增强安全第一的思想意识，强化作业人员对规章的理解。
(3)强化停电、施工、设备临时故障等情况下《接发列车作业标准》的学习，经常进行非正常情况下接发列车和应急处理能力的实作演练，提高非正常情况下的应变处理能力。
(4)施工中严格执行登记、消记制度，严格执行单一指挥的原则。把握好威胁运输安全的3个时候：施工开始的时候、施工完了进行调试的时候、设备临时故障的时候。
(5)严格管理，造就一批训练有素，能严格执行规章制度、作业标准化的职工队伍。
3消除不稳定因素，奠定坚实安全“三戒”：一戒推诿扯皮。避免各部门的本位主义，相互扯皮、责任不明易产生安全漏洞；二戒信息梗塞。从提报施工方案到施工的全过程，各系统间、系统内部各业务科室间，以及各工种间要强化信息的沟通与联系，避免不了解情况的盲目作业；三戒各自为战。施工中要考虑各系统间的协调配合，互为提供方便条件。
“五强”：①强化施工方案的提报和审批。施工部门提报的施工项目、内容、影响范围、施工时间要准确无误；运输部门对施工方案的编制要科学，避免施工中发生意外事件。②强化总工程师室在施工中的组织协调作用和权威性。③强化施工协调会的作用。所有与施工有关部门汇报的施工准备、配合事项要形成会议纪要，总工程师室负责督促检查落实，任一方未落实均不能施工。④强化车站对施工安全结合部的控制。根据车站设备特点，制定切实可行的安全保障措施。重点把握5个环节：影响范围、关键作业、关键岗位、作业程序、达到标准。⑤强化作业标准的执行。各系统要严格执行施工操作规程和作业标准。
施工中严把“七关”：①把住施工协调关。涉及多部门、多单位的施工，对结合部要明确分工、落实责任。②把住请点关。严格落实施工不行车、行车不施工原则，能纳入“天窗”内的维修作业，一律在“天窗”内进行。③把住现场监控关。监控干部要重点检查安全措施的落实情况。④把住施工试验和列车放行关。施工接近尾声时，施工现场和人员易出现忙乱现象，不完全具备开通条件时，坚决不放行列车。⑤把住施工中行车设备运用和控制关。严禁超范围施工，施工方案中没有涉及的行车设备，一律不准动，特别是不准提前动行车设备进行施工准备。⑥把住非正常情况下接发列车作业关。严把施工中的“闭塞、进路、凭证”三关。⑦把住列车运行组织关。机务、车务部门要认真学习《施工方案》，按调度命令正确出示《运行揭示》，编制《施工明示图》；机车乘务员、运转车长要熟悉施工方案，认真抄录《运行揭示》。
铁路是大联动机，须各工种协同作业。随着铁路新技术、新设备的大量采用，加强施工过程中设备、制度、人员之间的协调、配合，以及结合部的管理，必能达到自控、互控、他控，保证铁路运输安全的持续稳定。
电气化铁道电能质量综合控制研究 摘要:作为典型的非平衡负载,电气化铁道的牵引负载给公共电网带来的谐波、负序和无功等电能质量问题不 容忽视。静止无功补偿装置(SVC)是一种减小甚至消除无功、谐波以及其他电能质量问题的有效方法。以静止 无功补偿器(SVC)为基础,对电气化铁道的电能质量问题的综合控制进行研究。 关键词:电气化铁道;电网;电能质量;综合控制 1 前言 中国的电气化铁道总里程已经突破2·4万公里, 跃居世界第二。电气化铁道具有运载能力强、行车速 度快、节约能源、对环境污染小等优点,在现代国民经 济发展中起着举足轻重的作用。 但是,由于电气化铁道牵引负载所具有的随即波 动性和不对称性,其给公共电网带来的诸如负序电流、 谐波以及无功功率等电能质量问题也引起了极大的关 注。研究如何利用有效手段治理电气化铁道牵引负载 所带来的一系列电能质量问题,确保电网中其他电力 设备的安全经济运行具有重大意义。 2 电气化铁道牵引供电系统 2·1 概述 我国的动力供电电网电压一般为110kV或者 220kV,通过牵引变压器转换为27·5kV作为牵引动力 机车的供电。现在普遍流行的牵引变压器种类主要有 单相牵引变压器、Y-D11牵引变压器、阻抗匹配牵引 变压器、Scott变压器等。我国电气化铁道采用工频交 流50Hz三相供电单相用电,其负荷牵引电力机车的 功率大,速度、负载状况变化频繁,且具有不对称的特 性,导致牵引电网具有功率因数低、谐波含量高、负序 电流大等特点,不但自身损耗大,而且对公共电网及铁 路沿线的其他电力设备也带来严重危害,必须采取有 效措施加以治理[1]。 2·2 单相变压器牵引供电网 采用单相牵引变压器的牵引供电系统拓扑结构如 图1所示[2]。 单相接线牵引网采用单相变压器供电,供电方式 又分为单相接线方式和V-V接线方式。单相接线牵 引变压器的原边跨接于三相电力系统中的两相;副边 一端与牵引侧母线连接,另一端与轨道及接地网连接。 牵引变压器的容量利用率高,但其在电力系统中单相 牵引负荷产生的负序电流较大,对接触网的供电不能 实现双边供电。所以,这种结线只适用于电力系统容 量较大,电力网比较发达,三相负荷用电能够可靠地由 地方电网得到供应的场合。另外,单相牵引变压器要 按全绝缘设计制造。而单相V-V接线将两台单相变 压器以V的方式联于三相电力系统每一个牵引变电 所都可以实现由三相系统的两相线电压供电。两变压 器次边绕组,各取一端联至牵引变电所两相母线上。 而它们的另一端则以联成公共端的方式接至钢轨引回 的回流线。这时,两臂电压相位差60°接线,电流的不 对称度有所减少。这种接线即通常所说的60°接线。 2·3 三相Y-D11变压器牵引供电网 采用三相Y-D11牵引变压器的牵引供电系统拓 扑结构如图2所示[2]。 三相Y-D11结线牵引变压器的高压侧通过引入 线按规定次序接到110kV或220kV,三相电力系统的高 压输电线上;变压器低压侧的一角c与轨道,接地网连 接,变压器另两个角a和b分别接到27·5kV的a相和b 相母线上。由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂 供电,两臂电压的相位差为60°,也是60°接线。因此,在 这两个相邻的接触网区段间采用了分相绝缘器。 3 SVC静止型动态无功补偿装置 3·1 SVC的发展 静止型动态无功补偿装置SVC是一种先进的高 压电网动态功率因数补偿装置。它通过提高功率因数 来节约大量的电能,同时又起到减少电网谐波、稳定电 压、改善电网质量(环境)的作用。20世纪70年代以 来,以晶闸管控制的电抗器(TCR)、晶闸管投切的电容 器(TSC)以及二者的混合装置(TCR+TSC)等主要形 式组成的静止无功补偿器(SVC)得到快速发展。SVC 可以看成是电纳值能调节的无功元件,它依靠电力电 子器件开关来实现无功调节。SVC作为系统补偿时可 以连续调节并与系统进行无功功率交换,同时还具有 较快的响应速度,它能够维持端电压恒定 3·2 SVC的工作原理及在电网中应用 TCR+TSC型SVC的基本拓扑结构见图3。它由 1台TCR、2台TSC以及2个无源滤波器组成,在实际 系统中,TSC及无源滤波的组数可根据需要设置。 TCR的工作原理是通过控制与相控电抗器连接 的反并联晶闸管对的移相触发脉冲来改变电抗器等效 电纳的大小,从而输出连续可变的无功功率。图3中 两个晶闸管分别按照单相半波交流开关运行,通过改 变控制角α可以改变电感中通过的电流。α的计量以 电压过零点为基准,α在90°~180°之间可部分导通, 导通角增大则电流基波分量减小,等价于用增大电抗 器的电抗来减小基波无功功率。导通角在90°~180° 之间连续调节时电流也从额定到0连续变化,TCR提 供的补偿电流中含有谐波分量[3]。 TSC的工作原理是根据负载感性无功功率的变化 通过反并联晶闸管对来切除或者投入电容器。这里, 晶闸管只是作为投切开关,而不像TCR中的晶闸管起 相控作用。在实际系统中,每个电容器组都要串联一 个阻尼电抗器,以降低非正常运行状态下产生的对晶 闸管的冲击电流值,同时避免与系统产生谐振。用晶 闸管投切电容器组时,通常选取系统电压峰值时或者 过零点时作为投切动作的必要条件。由于TSC中的 电容器只是在两个极端的电流值之间切换,因此它不 会产生谐波,但它对无功功率的补偿是阶跃的。 TCR和TSC组合后的运行原理为:当系统电压低 于设定的运行电压时,根据需要补偿的无功量投入适 当组数的电容器组,并略有一点正偏差(过补偿),此 时再利用TCR调节输出的感性无功功率来抵消这部 分过补偿容性无功;当系统电压高于设定电压时,则切 除所有电容器组,只留有TCR运行。 4 电网电能质量综合控制与治理 4·1 谐波抑止与无功补偿 利用SVC动态无功补偿装置对牵引供电系统的 谐波和无功进行综合治理的关键是SVC最大无功补 偿量的确定和滤波器支路的设计[3]。 SVC最大无功补偿量Qsvc应该和设计线路牵引负 荷的大小相适应,应该按电气化铁道牵引负荷的最大 有功需求以及补偿后对装设地点功率因数或在最大无 功冲击时的最大电压损耗的要求来确定,具体可以按 照式(1)、(2)来计算。 QSVC=(tanφ1-tanφ2)Pmax(1) 式中,φ1、φ2分别为补偿前后110kV电源测功率 因数角;Pmax为电铁负荷最大有功需求。 QSVC=Qfmax-ΔU%Xs(2) 式中,Qfmax为装设地点最大无功冲击;ΔU%为装 设地点最大电压损耗要求;Xs为系统阻抗。 要想达到理想的谐波抑止效果,必须综合考虑FC 滤波支路的设计,既要保证装置的安全运行,又要达到 预计的理想效果。在实际设计中,首先需要根据供电 臂中所含的谐波分量来确定FC滤波支路的组成。由 于在电力牵引负荷的谐波中, 3、5、7次谐波占了很大 的比重,所以FC滤波支路一般由3、5、7次单调谐滤 波器构成。 当最大无功补偿容量和滤波支路的组成确定后, 如何将需补无功容量合理分配到各滤波支路中,这是 非常重要的问题。如果各滤波支路的容量分配不合 理,一方面会使设备安装总容量偏大,另一方面有可能 因为某此滤波回路补偿功率偏小而发生过负荷,对设 备安全运行造成影响。 一些著名的电气公司采用的一些算法如下[6]: 如西门子公司的无功功率补偿按式(3)分配 Qc(h)=QSVCIh/h∑Ih/h(3) 式中,Qc(h)是第h次滤波支路分配的补偿容量;Ih 为供电臂第h次谐波电流。 BBC电气公司按照式(4)分配无功功率 Qc(h)=QSVC∑Ih(4) AEG电气公司则按照式(5)分配无功 Qc(3)∶Qc(5)∶Qc(11)∶Qc(13)=2∶2∶1∶1 (5) 式中,Qc(3)、Qc(5)、Qc(11)、Qc(13)分别为第3、5、11、 13次滤波支路分配的补偿容量。 4·2 负序电流补偿 牵引电力机车产生的大量负序电流给电网中其他 的电力设备的安全、经济运行带来极大影响。SVC静 止动态无功补偿装置在补偿负序和末端电压上有着相 当高的效率。工程应用上可以选择在电网系统和负荷 上都安装SVC[5]。 在电网系统端安装应用SVC来补偿负序电流的 原则是参照斯坦梅茨法则(Steinmetz′s laws)。不管采 用哪一种牵引变压器,负序补偿的实现分为如下两步: (1)电力因数修正。通过安装电容器件,使得每 相负荷都为电阻性。 (2)参照斯坦梅茨法则(Steinmetz′s laws),AB相 的电阻性负荷G,与BC相的电容性负荷G/ 3以及CA 相的电感性负荷G/ 3互相对称。 电流环路图和相位图分别如图4、5所示: 从图5可以明显看到线电流I·A,I·B,I·C是对称 且正序的,BC相和CA相之间的阻抗负载也可以做到 类似的对称,因此系统中的所有负序电流都可以被补 偿而消除。 现在问题的关键是如何随着牵引负荷的起伏动态 地控制补偿需要的电容和电感器组。急于数字信号处 理器(DSP)的固定电容(FC)和晶闸管控制的电抗器 (TCR)的组合得以广泛应用,如图6所示。得益于 DSP对数据信息的快速处理,补偿所需的电容和电感 参数可以被快速、精确计算得到。 5 结论与展望 本文提出的基于静止动态无功补偿装置(SVC)的 电气化铁道牵引电网电能质量综合控制与治理原理与 方案具有重要的工程意义。电气化铁道的电能质量是 一个突出且严峻的课题与难题,要求我们不断探求新 的综合补偿方法,来综合控制与治理影响电能质量的 无功、谐波、负序等因素,以提高电网电能质量,确保电 网安全、经济运行。 参考文献 [1] 李群湛电气化铁道并联综合补偿及其应用[M]北京:中国铁道 出版社, [2] TB/10009-2005铁路电力牵引供电设计规范[S] [3] 王兆安谐波抑止和无功功率补偿[M]北京:机械工业出版社, [4] 铁道部电气化工程局电气化勘测设计院电气化铁道设计手册牵 引供电系统[M]北京:中国铁道出版社, [5] 安鹏,张雷,刘玉田电气化铁道对电力系统安全运行的影响及对 策[J]山东电力技术, 2005, (4): 16- [6] 马千里动态无功补偿装置在牵引变电所的应用[J]电气化铁 道, 2008(4)希望采纳
电气化铁道电能质量综合控制研究 摘要:作为典型的非平衡负载,电气化铁道的牵引负载给公共电网带来的谐波、负序和无功等电能质量问题不 容忽视。静止无功补偿装置(SVC)是一种减小甚至消除无功、谐波以及其他电能质量问题的有效方法。以静止 无功补偿器(SVC)为基础,对电气化铁道的电能质量问题的综合控制进行研究。 关键词:电气化铁道;电网;电能质量;综合控制 1 前言 中国的电气化铁道总里程已经突破2·4万公里, 跃居世界第二。电气化铁道具有运载能力强、行车速 度快、节约能源、对环境污染小等优点,在现代国民经 济发展中起着举足轻重的作用。 但是,由于电气化铁道牵引负载所具有的随即波 动性和不对称性,其给公共电网带来的诸如负序电流、 谐波以及无功功率等电能质量问题也引起了极大的关 注。研究如何利用有效手段治理电气化铁道牵引负载 所带来的一系列电能质量问题,确保电网中其他电力 设备的安全经济运行具有重大意义。 2 电气化铁道牵引供电系统 2·1 概述 我国的动力供电电网电压一般为110kV或者 220kV,通过牵引变压器转换为27·5kV作为牵引动力 机车的供电。现在普遍流行的牵引变压器种类主要有 单相牵引变压器、Y-D11牵引变压器、阻抗匹配牵引 变压器、Scott变压器等。我国电气化铁道采用工频交 流50Hz三相供电单相用电,其负荷牵引电力机车的 功率大,速度、负载状况变化频繁,且具有不对称的特 性,导致牵引电网具有功率因数低、谐波含量高、负序 电流大等特点,不但自身损耗大,而且对公共电网及铁 路沿线的其他电力设备也带来严重危害,必须采取有 效措施加以治理[1]。 2·2 单相变压器牵引供电网 采用单相牵引变压器的牵引供电系统拓扑结构如 图1所示[2]。 单相接线牵引网采用单相变压器供电,供电方式 又分为单相接线方式和V-V接线方式。单相接线牵 引变压器的原边跨接于三相电力系统中的两相;副边 一端与牵引侧母线连接,另一端与轨道及接地网连接。 牵引变压器的容量利用率高,但其在电力系统中单相 牵引负荷产生的负序电流较大,对接触网的供电不能 实现双边供电。所以,这种结线只适用于电力系统容 量较大,电力网比较发达,三相负荷用电能够可靠地由 地方电网得到供应的场合。另外,单相牵引变压器要 按全绝缘设计制造。而单相V-V接线将两台单相变 压器以V的方式联于三相电力系统每一个牵引变电 所都可以实现由三相系统的两相线电压供电。两变压 器次边绕组,各取一端联至牵引变电所两相母线上。 而它们的另一端则以联成公共端的方式接至钢轨引回 的回流线。这时,两臂电压相位差60°接线,电流的不 对称度有所减少。这种接线即通常所说的60°接线。 2·3 三相Y-D11变压器牵引供电网 采用三相Y-D11牵引变压器的牵引供电系统拓 扑结构如图2所示[2]。 三相Y-D11结线牵引变压器的高压侧通过引入 线按规定次序接到110kV或220kV,三相电力系统的高 压输电线上;变压器低压侧的一角c与轨道,接地网连 接,变压器另两个角a和b分别接到27·5kV的a相和b 相母线上。由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂 供电,两臂电压的相位差为60°,也是60°接线。因此,在 这两个相邻的接触网区段间采用了分相绝缘器。 3 SVC静止型动态无功补偿装置 3·1 SVC的发展 静止型动态无功补偿装置SVC是一种先进的高 压电网动态功率因数补偿装置。它通过提高功率因数 来节约大量的电能,同时又起到减少电网谐波、稳定电 压、改善电网质量(环境)的作用。20世纪70年代以 来,以晶闸管控制的电抗器(TCR)、晶闸管投切的电容 器(TSC)以及二者的混合装置(TCR+TSC)等主要形 式组成的静止无功补偿器(SVC)得到快速发展。SVC 可以看成是电纳值能调节的无功元件,它依靠电力电 子器件开关来实现无功调节。SVC作为系统补偿时可 以连续调节并与系统进行无功功率交换,同时还具有 较快的响应速度,它能够维持端电压恒定 3·2 SVC的工作原理及在电网中应用 TCR+TSC型SVC的基本拓扑结构见图3。它由 1台TCR、2台TSC以及2个无源滤波器组成,在实际 系统中,TSC及无源滤波的组数可根据需要设置。 TCR的工作原理是通过控制与相控电抗器连接 的反并联晶闸管对的移相触发脉冲来改变电抗器等效 电纳的大小,从而输出连续可变的无功功率。图3中 两个晶闸管分别按照单相半波交流开关运行,通过改 变控制角α可以改变电感中通过的电流。α的计量以 电压过零点为基准,α在90°~180°之间可部分导通, 导通角增大则电流基波分量减小,等价于用增大电抗 器的电抗来减小基波无功功率。导通角在90°~180° 之间连续调节时电流也从额定到0连续变化,TCR提 供的补偿电流中含有谐波分量[3]。 TSC的工作原理是根据负载感性无功功率的变化 通过反并联晶闸管对来切除或者投入电容器。这里, 晶闸管只是作为投切开关,而不像TCR中的晶闸管起 相控作用。在实际系统中,每个电容器组都要串联一 个阻尼电抗器,以降低非正常运行状态下产生的对晶 闸管的冲击电流值,同时避免与系统产生谐振。用晶 闸管投切电容器组时,通常选取系统电压峰值时或者 过零点时作为投切动作的必要条件。由于TSC中的 电容器只是在两个极端的电流值之间切换,因此它不 会产生谐波,但它对无功功率的补偿是阶跃的。 TCR和TSC组合后的运行原理为:当系统电压低 于设定的运行电压时,根据需要补偿的无功量投入适 当组数的电容器组,并略有一点正偏差(过补偿),此 时再利用TCR调节输出的感性无功功率来抵消这部 分过补偿容性无功;当系统电压高于设定电压时,则切 除所有电容器组,只留有TCR运行。 4 电网电能质量综合控制与治理 4·1 谐波抑止与无功补偿 利用SVC动态无功补偿装置对牵引供电系统的 谐波和无功进行综合治理的关键是SVC最大无功补 偿量的确定和滤波器支路的设计[3]。 SVC最大无功补偿量Qsvc应该和设计线路牵引负 荷的大小相适应,应该按电气化铁道牵引负荷的最大 有功需求以及补偿后对装设地点功率因数或在最大无 功冲击时的最大电压损耗的要求来确定,具体可以按 照式(1)、(2)来计算。 QSVC=(tanφ1-tanφ2)Pmax(1) 式中,φ1、φ2分别为补偿前后110kV电源测功率 因数角;Pmax为电铁负荷最大有功需求。 QSVC=Qfmax-ΔU%Xs(2) 式中,Qfmax为装设地点最大无功冲击;ΔU%为装 设地点最大电压损耗要求;Xs为系统阻抗。 要想达到理想的谐波抑止效果,必须综合考虑FC 滤波支路的设计,既要保证装置的安全运行,又要达到 预计的理想效果。在实际设计中,首先需要根据供电 臂中所含的谐波分量来确定FC滤波支路的组成。由 于在电力牵引负荷的谐波中, 3、5、7次谐波占了很大 的比重,所以FC滤波支路一般由3、5、7次单调谐滤 波器构成。 当最大无功补偿容量和滤波支路的组成确定后, 如何将需补无功容量合理分配到各滤波支路中,这是 非常重要的问题。如果各滤波支路的容量分配不合 理,一方面会使设备安装总容量偏大,另一方面有可能 因为某此滤波回路补偿功率偏小而发生过负荷,对设 备安全运行造成影响。 一些著名的电气公司采用的一些算法如下[6]: 如西门子公司的无功功率补偿按式(3)分配 Qc(h)=QSVCIh/h∑Ih/h(3) 式中,Qc(h)是第h次滤波支路分配的补偿容量;Ih 为供电臂第h次谐波电流。 BBC电气公司按照式(4)分配无功功率 Qc(h)=QSVC∑Ih(4) AEG电气公司则按照式(5)分配无功 Qc(3)∶Qc(5)∶Qc(11)∶Qc(13)=2∶2∶1∶1 (5) 式中,Qc(3)、Qc(5)、Qc(11)、Qc(13)分别为第3、5、11、 13次滤波支路分配的补偿容量。 4·2 负序电流补偿 牵引电力机车产生的大量负序电流给电网中其他 的电力设备的安全、经济运行带来极大影响。SVC静 止动态无功补偿装置在补偿负序和末端电压上有着相 当高的效率。工程应用上可以选择在电网系统和负荷 上都安装SVC[5]。 在电网系统端安装应用SVC来补偿负序电流的 原则是参照斯坦梅茨法则(Steinmetz′s laws)。不管采 用哪一种牵引变压器,负序补偿的实现分为如下两步: (1)电力因数修正。通过安装电容器件,使得每 相负荷都为电阻性。 (2)参照斯坦梅茨法则(Steinmetz′s laws),AB相 的电阻性负荷G,与BC相的电容性负荷G/ 3以及CA 相的电感性负荷G/ 3互相对称。 电流环路图和相位图分别如图4、5所示: 从图5可以明显看到线电流I·A,I·B,I·C是对称 且正序的,BC相和CA相之间的阻抗负载也可以做到 类似的对称,因此系统中的所有负序电流都可以被补 偿而消除。 现在问题的关键是如何随着牵引负荷的起伏动态 地控制补偿需要的电容和电感器组。急于数字信号处 理器(DSP)的固定电容(FC)和晶闸管控制的电抗器 (TCR)的组合得以广泛应用,如图6所示。得益于 DSP对数据信息的快速处理,补偿所需的电容和电感 参数可以被快速、精确计算得到。 5 结论与展望 本文提出的基于静止动态无功补偿装置(SVC)的 电气化铁道牵引电网电能质量综合控制与治理原理与 方案具有重要的工程意义。电气化铁道的电能质量是 一个突出且严峻的课题与难题,要求我们不断探求新 的综合补偿方法,来综合控制与治理影响电能质量的 无功、谐波、负序等因素,以提高电网电能质量,确保电 网安全、经济运行。 参考文献 [1] 李群湛电气化铁道并联综合补偿及其应用[M]北京:中国铁道 出版社, [2] TB/10009-2005铁路电力牵引供电设计规范[S] [3] 王兆安谐波抑止和无功功率补偿[M]北京:机械工业出版社, [4] 铁道部电气化工程局电气化勘测设计院电气化铁道设计手册牵 引供电系统[M]北京:中国铁道出版社, [5] 安鹏,张雷,刘玉田电气化铁道对电力系统安全运行的影响及对 策[J]山东电力技术, 2005, (4): 16- [6] 马千里动态无功补偿装置在牵引变电所的应用[J]电气化铁 道, 2008(4)希望采纳
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电气化铁道电能质量综合控制研究摘 要:作为典型的非平衡负载,电气化铁道的牵引负载给公共电网带来的谐波、负序和无功等电能质量问题不容忽视。静止无功补偿装置(SVC)是一种减小甚至消除无功、谐波以及其他电能质量问题的有效方法。以静止无功补偿器(SVC)为基础,对电气化铁道的电能质量问题的综合控制进行研究。关键词:电气化铁道;电网;电能质量;综合控制1 前言中国的电气化铁道总里程已经突破2·4万公里,跃居世界第二。电气化铁道具有运载能力强、行车速度快、节约能源、对环境污染小等优点,在现代国民经济发展中起着举足轻重的作用。但是,由于电气化铁道牵引负载所具有的随即波动性和不对称性,其给公共电网带来的诸如负序电流、谐波以及无功功率等电能质量问题也引起了极大的关注。研究如何利用有效手段治理电气化铁道牵引负载所带来的一系列电能质量问题,确保电网中其他电力设备的安全经济运行具有重大意义。2 电气化铁道牵引供电系统2·1 概述我国的动力供电电网电压一般为110kV或者220kV,通过牵引变压器转换为27·5kV作为牵引动力机车的供电。现在普遍流行的牵引变压器种类主要有单相牵引变压器、Y-D11牵引变压器、阻抗匹配牵引变压器、Scott变压器等。我国电气化铁道采用工频交流50Hz三相供电单相用电,其负荷牵引电力机车的功率大,速度、负载状况变化频繁,且具有不对称的特性,导致牵引电网具有功率因数低、谐波含量高、负序电流大等特点,不但自身损耗大,而且对公共电网及铁路沿线的其他电力设备也带来严重危害,必须采取有效措施加以治理[1]。2·2 单相变压器牵引供电网采用单相牵引变压器的牵引供电系统拓扑结构如图1所示[2]。单相接线牵引网采用单相变压器供电,供电方式又分为单相接线方式和V-V接线方式。单相接线牵引变压器的原边跨接于三相电力系统中的两相;副边一端与牵引侧母线连接,另一端与轨道及接地网连接。牵引变压器的容量利用率高,但其在电力系统中单相牵引负荷产生的负序电流较大,对接触网的供电不能实现双边供电。所以,这种结线只适用于电力系统容量较大,电力网比较发达,三相负荷用电能够可靠地由地方电网得到供应的场合。另外,单相牵引变压器要按全绝缘设计制造。而单相V-V接线将两台单相变压器以V的方式联于三相电力系统每一个牵引变电所都可以实现由三相系统的两相线电压供电。两变压器次边绕组,各取一端联至牵引变电所两相母线上。而它们的另一端则以联成公共端的方式接至钢轨引回的回流线。这时,两臂电压相位差60°接线,电流的不对称度有所减少。这种接线即通常所说的60°接线。2·3 三相Y-D11变压器牵引供电网采用三相Y-D11牵引变压器的牵引供电系统拓扑结构如图2所示[2]。三相Y-D11结线牵引变压器的高压侧通过引入线按规定次序接到110kV或220kV,三相电力系统的高压输电线上;变压器低压侧的一角c与轨道,接地网连接,变压器另两个角a和b分别接到27·5kV的a相和b相母线上。由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂供电,两臂电压的相位差为60°,也是60°接线。因此,在这两个相邻的接触网区段间采用了分相绝缘器。3 SVC静止型动态无功补偿装置3·1 SVC的发展静止型动态无功补偿装置SVC是一种先进的高压电网动态功率因数补偿装置。它通过提高功率因数来节约大量的电能,同时又起到减少电网谐波、稳定电压、改善电网质量(环境)的作用。20世纪70年代以来,以晶闸管控制的电抗器(TCR)、晶闸管投切的电容器(TSC)以及二者的混合装置(TCR+TSC)等主要形式组成的静止无功补偿器(SVC)得到快速发展。SVC可以看成是电纳值能调节的无功元件,它依靠电力电子器件开关来实现无功调节。SVC作为系统补偿时可以连续调节并与系统进行无功功率交换,同时还具有较快的响应速度,它能够维持端电压恒定3·2 SVC的工作原理及在电网中应用TCR+TSC型SVC的基本拓扑结构见图3。它由1台TCR、2台TSC以及2个无源滤波器组成,在实际系统中,TSC及无源滤波的组数可根据需要设置。TCR的工作原理是通过控制与相控电抗器连接的反并联晶闸管对的移相触发脉冲来改变电抗器等效电纳的大小,从而输出连续可变的无功功率。图3中两个晶闸管分别按照单相半波交流开关运行,通过改变控制角α可以改变电感中通过的电流。α的计量以电压过零点为基准,α在90°~180°之间可部分导通,导通角增大则电流基波分量减小,等价于用增大电抗器的电抗来减小基波无功功率。导通角在90°~180°之间连续调节时电流也从额定到0连续变化,TCR提供的补偿电流中含有谐波分量[3]。TSC的工作原理是根据负载感性无功功率的变化通过反并联晶闸管对来切除或者投入电容器。这里,晶闸管只是作为投切开关,而不像TCR中的晶闸管起相控作用。在实际系统中,每个电容器组都要串联一个阻尼电抗器,以降低非正常运行状态下产生的对晶闸管的冲击电流值,同时避免与系统产生谐振。用晶闸管投切电容器组时,通常选取系统电压峰值时或者过零点时作为投切动作的必要条件。由于TSC中的电容器只是在两个极端的电流值之间切换,因此它不会产生谐波,但它对无功功率的补偿是阶跃的。TCR和TSC组合后的运行原理为:当系统电压低于设定的运行电压时,根据需要补偿的无功量投入适当组数的电容器组,并略有一点正偏差(过补偿),此时再利用TCR调节输出的感性无功功率来抵消这部分过补偿容性无功;当系统电压高于设定电压时,则切除所有电容器组,只留有TCR运行。4 电网电能质量综合控制与治理4·1 谐波抑止与无功补偿利用SVC动态无功补偿装置对牵引供电系统的谐波和无功进行综合治理的关键是SVC最大无功补偿量的确定和滤波器支路的设计[3]。SVC最大无功补偿量Qsvc应该和设计线路牵引负荷的大小相适应,应该按电气化铁道牵引负荷的最大有功需求以及补偿后对装设地点功率因数或在最大无功冲击时的最大电压损耗的要求来确定,具体可以按照式(1)、(2)来计算。QSVC=(tanφ1-tanφ2)Pmax(1)式中,φ1、φ2分别为补偿前后110kV电源测功率因数角;Pmax为电铁负荷最大有功需求。QSVC=Qfmax-ΔU%Xs(2)式中,Qfmax为装设地点最大无功冲击;ΔU%为装设地点最大电压损耗要求;Xs为系统阻抗。要想达到理想的谐波抑止效果,必须综合考虑FC滤波支路的设计,既要保证装置的安全运行,又要达到预计的理想效果。在实际设计中,首先需要根据供电臂中所含的谐波分量来确定FC滤波支路的组成。由于在电力牵引负荷的谐波中, 3、5、7次谐波占了很大的比重,所以FC滤波支路一般由3、5、7次单调谐滤波器构成。当最大无功补偿容量和滤波支路的组成确定后,如何将需补无功容量合理分配到各滤波支路中,这是非常重要的问题。如果各滤波支路的容量分配不合理,一方面会使设备安装总容量偏大,另一方面有可能因为某此滤波回路补偿功率偏小而发生过负荷,对设备安全运行造成影响。一些著名的电气公司采用的一些算法如下[6]:如西门子公司的无功功率补偿按式(3)分配Qc(h)=QSVCIh/h∑Ih/h(3)式中,Qc(h)是第h次滤波支路分配的补偿容量;Ih为供电臂第h次谐波电流。BBC电气公司按照式(4)分配无功功率Qc(h)=QSVC∑Ih(4)AEG电气公司则按照式(5)分配无功Qc(3)∶Qc(5)∶Qc(11)∶Qc(13)=2∶2∶1∶1 (5)式中,Qc(3)、Qc(5)、Qc(11)、Qc(13)分别为第3、5、11、13次滤波支路分配的补偿容量。4·2 负序电流补偿牵引电力机车产生的大量负序电流给电网中其他的电力设备的安全、经济运行带来极大影响。SVC静止动态无功补偿装置在补偿负序和末端电压上有着相当高的效率。工程应用上可以选择在电网系统和负荷上都安装SVC[5]。在电网系统端安装应用SVC来补偿负序电流的原则是参照斯坦梅茨法则(Steinmetz′s laws)。不管采用哪一种牵引变压器,负序补偿的实现分为如下两步:(1)电力因数修正。通过安装电容器件,使得每相负荷都为电阻性。(2)参照斯坦梅茨法则(Steinmetz′s laws),AB相的电阻性负荷G,与BC相的电容性负荷G/ 3以及CA相的电感性负荷G/ 3互相对称。电流环路图和相位图分别如图4、5所示:从图5可以明显看到线电流I·A,I·B,I·C是对称且正序的,BC相和CA相之间的阻抗负载也可以做到类似的对称,因此系统中的所有负序电流都可以被补偿而消除。现在问题的关键是如何随着牵引负荷的起伏动态地控制补偿需要的电容和电感器组。急于数字信号处理器(DSP)的固定电容(FC)和晶闸管控制的电抗器(TCR)的组合得以广泛应用,如图6所示。得益于DSP对数据信息的快速处理,补偿所需的电容和电感参数可以被快速、精确计算得到。5 结论与展望本文提出的基于静止动态无功补偿装置(SVC)的电气化铁道牵引电网电能质量综合控制与治理原理与方案具有重要的工程意义。电气化铁道的电能质量是一个突出且严峻的课题与难题,要求我们不断探求新的综合补偿方法,来综合控制与治理影响电能质量的无功、谐波、负序等因素,以提高电网电能质量,确保电网安全、经济运行。参考文献[1] 李群湛电气化铁道并联综合补偿及其应用[M]北京:中国铁道出版社, [2] TB/10009-2005铁路电力牵引供电设计规范[S][3] 王兆安谐波抑止和无功功率补偿[M]北京:机械工业出版社,[4] 铁道部电气化工程局电气化勘测设计院电气化铁道设计手册牵引供电系统[M]北京:中国铁道出版社, [5] 安鹏,张雷,刘玉田电气化铁道对电力系统安全运行的影响及对策[J]山东电力技术, 2005, (4): 16-[6] 马千里动态无功补偿装置在牵引变电所的应用[J]电气化铁道, 2008(4)
铁道信号频率的实时高精度检测对于列车运行安全、绘制列车运行曲线图有非常重要的作用。其中,基带低频和上下边频是铁道信号检测主要的测量对象,是列车控制系统中主要的研究内容。我国铁路信号主要有两种制式,从兼容性方面来讲,需要可以同时检测两种制式信号低频和边频的算法；从实时高精度检测来讲,需要复杂度低,易于实现的算法。但铁道信号频率高精度检测,尤其是上下边频的检测尤为困难。目前对于铁道信号频率检测的检测方法中,基于欠采样技术的检测方法虽能提高频率分辨率,但采样波形失真度大,频率检测精度受到影响；基于数字正交I、Q双通道处理并重采样法,此法不能兼容我国铁路主要的两种制式。而现有的FFT检测方法,边频检测没有用到低频检测的结果,导致算法复杂；低频和边频的频谱校正法不同,校正算法不能通用；边频检测时,采用相位不变性判断边频边界,抗噪声性能太差。上述所有方法,基带低频与上下边频完全独立检测。针对以上算法的兼容性差、低频和边频检测独立进行这两个问题,本文提出了一种基频和边频频率检测相结合的铁道信号检测方法,算法中边频的检测充分利用低频检测结果。为提高检测精度,在频谱分析时,采用抑制频谱泄露性能较高的全相位FFT。为简化算法的复杂度,选取了同时适用于基频和边频的频率校正方法,有利于实时检测。低频检测时,针对采样频率增加了抽取算法,保证低频与边频在同一采样频率下检测信号频率。该法可以满足两种制式,其实用价值较高。铁道信号边频检测的难点是边界点的判断,针对这一问题,提出了一种新的边界检测算法。本文利用基带低频的抽取序列,设计了根据低频信号幅值跳变来判断铁道信号的上下边频的边界。然后根据低频的频率检测结果,计算出稳定的边频采样序列。改进后的边界判断算法,比基于“相位不变性”的边界检测算法减少一次FFT变换,算法复杂度明显降低,且抗噪性能只受低频幅值影响,边界识别性能优良。在Matlab和Quartus平台上模拟铁道信号,验证上述设计算法的可行性,分析了影响频率检测精度的原因。实验证明,在信噪比为8dB的情况下,仍能准确高精度的判断低频和载频频率,抗噪性能优越。 [1] 陈宏,孙俊杰,韩捷,郝伟 基于极值法和重心法的离散频谱校正方法[J] 振动测试与诊断 2012(S1)[2] 孙玉梅 基于FPGA的FSK调制解调器的设计及实现[J] 电子科技 2009(05)[3] 郜洪民,徐意,陈广山 DDS直接数字频率合成技术在铁路信号系统中的应用[J] 电子产品世界 2008(09)[4] 黄翔东,何宇清,李长滨 一种检测铁路2FSK信号频率的新方法[J] 天津大学学报 2007(09)[5] 袁博,宋万杰,吴顺君 基于FPGA的MATLAB与QuartusⅡ联合设计技术研究[J] 电子工程师 2007(01)[6] 吴宗慧,李杭生 铁路系统车载FSK信号检测系统的实现[J] 铁路计算机应用 2005(10)[7] 魏敏 VHDL硬件仿真结果的MATLAB分析法[J] 计算机应用与软件 2003(08)[8] 郜洪民,贾学祥,赵海东 铁路专用2FSK调制信号生成方法的研究[J] 中国铁道科学 2002(04)[9] 王庆文,孟宪德 车载FSK信号的实时高精度检测与DSP实现[J] 通信学报 2001(09)[10] 孙艳朋,贾利民,范明 小波包方法在车载FSK信号中的应用[J] 铁道学报 2001(02)
幸会啊，这个专业的人还挺少的， 电气化铁道谐波过程分析与推荐限值制定思路研究，我的题目。开始也是费劲了心，搞不出来，还是同事给的莫文网，专家就是不一样啊，很快就搞定了 思路：将IEC61000-3-6与GB／T14549进行了比较，提出了制定或修订谐波国标时应该注意的几个问题：主要是谐波发送限值的确定。用户谐波发射限值的分配方法(涉及用户协议容量和供电容量的确定、多谐波源叠加指数的确定、多谐波源同时系数的确定)、限值评估的方法。 参考下吧
题目：高速铁路牵引供电自动化网络通信系统研究摘 要:我国铁路建设进入了一个高速发展阶段，高速铁路的设计、建设正在进一步展开。面对日、德、法等先进技术的竞争，研究具有自主知识产权高速铁路牵引供电自动化系统(TPSAS，Traction Power Supply AutomaticSystem)是十分有意义的。控制自动化、管理信息化的TPSAS是高速铁路供电系统可靠运行的基础，可以替代进口，节省外汇和国家投资，同时也是高速铁路急需的重大技术装备。实现TPSAS的关键是通信，通信问题已成为牵引供电自动化系统研究和开发的核心问题。 现在运行的供电调度系统(PSDS，Power Supply DispatchingSystem)、牵引变电所自动化系统(TSAS，Traction Substation integratedAutomation System)、牵引供电管理信息系统(PSMIS，Power SupplyManagement Information System)、接触网工区、检测车、牵引供电维修管理中心、路局管理部门等通信接口复杂，信息流混乱，要求不清，很难实现真正意义上的管控一体化，同时存在“信息化孤岛”问题。在考虑系统的安全性和可靠性的前提下，按照管理和控制分流的原则，对TPSAS每个子系统的输入输出信息流进行了规范，提出了每个子系统的接口和要求，规划了TPSAS完整的信息流。按照铁路信息规范化要求，研究了相应的信息数据词典。按照TPSAS信息流对通信的要求，在现有通信网络的基础上，提出了TPSAS网络通信架构的解决方案。 FPSAS系统实时性主要是TSAS网络以及PSDS控制网络的实时性。通过深入研究以太网技术，结合高速铁路对TSAS实时性要求，提出了一种新的工业控制以太网解决方案：分布交换式双环光纤自愈以太网。针对该方案，展开了研究：①详细设计了通信单元和TSAS中智能电子装置(IED，Intelligent Electric Device)的接口硬件。②提出了基于实时数据通道、最短路径表的最短路径算法，提高了通信的实时性。③提出了通信故障自愈和定位算法，使通信更易于维护，易于实现无人职守的TSAS，同时该方案也满足工业以太网对网络中断时间的要求。④利用最短路径的思想，给出了基于标准以太网的：PSDS通信网络的实现方案。⑤考虑到现场环境，研制了相应的工业级分布交换式网络通信单元。该方案大大提高了PSDS控制网络实时性、可靠性，实现了PSDS与TSAS之间真正意义上的无缝连接。利用排队论，讨论了通信CPU处理能力与输入缓冲区大小的关系，输入报文到达率与缓冲区大小的关系，得到了通信接口硬件的设计原则，为工业以太网通信接口硬件设计中CPU的选择提供了依据。 利用OPNET，对TSAS采用总线式、交换式、分布交换式以太网方案进行系统仿真，在相同的条件下，仿真结果表明，分布交换式以太网优于总线式和交换式以太网，且改进了以太网数据时延确定性，避免了冲突。利用故障树分析法，在元件可靠度相同的条件下，比较现有的PSDS网络结构和本文提出的2路双环SDH网络结构的可靠性，结果表明2路双环SDH网络可靠性优于现有的PSDS网络结构；比较了TSAS中采用交换式和分布交换式以太网的可靠性，结果表明分布交换式以太网可靠性大大高于交换式以太网。综上所述，PSDS采用2路双环SDH网络结构，TSAS采用分布交换式双环光纤自愈以太网，采用最短路径、故障自愈和故障定位算法，将是高速铁路TPSAS通信的一个较好的选择。 基于本文所提出的分布交换式工业以太网架构，论文研究了IEC61850标准在TSAS的实现过程，从IED建模、数据对象和服务建立，GOOSE/GSSE特殊映射，MMS应用，实时操作系统，到硬件设计(IEC61850标准对硬件是有特殊要求的)，IED和变电站层配置软件研究。 若是可以的话，就加分，给邮箱，给你传过去。这个是博士论文，怎么说也够你用了。