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柏林熊77
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蜜桃红茶

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电气化铁路中SVC负序补偿应用技术研究 摘要:随着电气化铁路的迅速发展,电铁牵引负荷产生的负序分量及高次谐波,除对牵引供电系统造成危害外,还会造成电力系统负序及谐波污染[1],因而,电铁的负序及谐波危害已成为制约我国电气化铁路发展的重要因素。结合电气化铁路给电网带来的影响,着重探讨电铁负序补偿中SVC的使用问题。根据国外一些发达国家如日本、澳大利亚等国成功将SVC技术应用在电气化铁路的无功和负序补偿案例以及国内SVC负序补偿应用实例,对SVC负序补偿原理及运行方式进行了研究分析,对SVC在电铁负序治理中的应用前景做了初步探讨,以期提高电力系统运行的经济效益和社会效益。 关键词:电气化铁路;负序补偿;SVC 0 引言 世界上第一条用电力机车作为牵引动力的电气化铁路于1879年在德国柏林建成。中国于1961年建成第一条电气化铁路———宝成铁路的宝鸡至凤州段。电气化铁路问世后发展很快,法国、日本、德国等国家已形成以电气化铁路为主的铁路运输业,大部分货运量由电气铁路完成。电气化机车上不设原动机,其电力由牵引供电系统提供。该系统由牵引变电所和接触网构成,来自高压输电线路的高压电经牵引变电所降压整流后,送至铁路架空接触网,电气机车通过滑线弓受电,牵引机车行驶。由于电力机车运营可以使铁路运输成本降低30%~40%,因此越来越成为发展的方向。电力机车是波动性很大的大功率单相整流负荷,对于三相对称的电力系统供电来说,电铁牵引负荷具有非线形、不对称和波动性的特点,将产生三相不平衡的负序及高次谐波电流注入电网[1],使得旋转电机转子发热、电力变压器使用寿命缩短、输电线路送电能力降低,继电保护装置误动及安全自动装置不能正常投切等诸多影响电网运行的不利因素。因此,必须对电铁机车对电力系统的影响有足够的重视并采取应对措施[2-3]。目前关于电铁谐波治理的技术已经趋于成熟[4],但对于负序的治理仍存在很多问题,传统上广泛使用的关于减小电铁负序分量的方法大多是合理安排机车及系统机组运行方式,尽量削弱电铁负序分量对电网的影响,此方法虽能在一定程度上控制电铁对电力系统的影响,但仍存在诸如列车运行方式临时变化、电力系统机组检修等问题,影响治理效果。根据电铁负荷给电网带来的负序影响,着重对SVC负序补偿基本原理及运行方式进行了研究分析;将国内外应用SVC治理电铁负序分量的案例做了综述;最后对SVC在电铁负序治理中的应用前景做了初步探讨。 1 电铁负荷负序分量对电网的影响 1 负序分量对电网的影响[2] 1 对旋转电机的影响 1)汽轮发电机转子为敏感部位,因为汽轮发电机转子负序温升比定子大,存在局部高温突出部位,国内曾发生过向电铁供电的汽轮发电机转子部件嵌装面过热受损的事故;另一方面,当负序电流流过发电机时,产生负序旋转磁场、负序同步转矩,使发电机产生附加振动。 2)对邻近牵引变电所而远离电源的异步电动机,其定子绕组为敏感部位。同时还将在电动机中产生一反向旋转磁场,此反向磁场对电动机转子起制动作用,影响其出力。在谐波和负序电流的共同影响下,国内曾发生多起定子绕组过热烧毁事故。 2 对电力变压器的影响负序电流造成电力系统三相电流不对称,使得变压器的额定出力不足(即变压器容量利用率下降)。 3 对输电线路的影响流过电力网的负序电流,只是降低了电力线路的输送能力,并不作功。 4 对继电保护和自动装置的影响对各种以负序滤波器为启动元件的保护及自动装置干扰:由于保护按负序(基波)量整定,整定值小、灵敏度高。滤波器为启动元件时,实际运行中已引起下列保护和自动装置误动。 1)发电机的负序电流保护误动。2)变电站主变压器的复合电压启动过电流保护装置的负序电压启动元件误动。3)母线差动保护的负序电压闭锁元件误动。4)自动故障录波装置的负序启动元件的误启动,导致无故障记录而浪费记录胶卷。在频繁误动时,可能造成未能及时装好新胶卷而导致发生故障时无记录。 2 负序分量影响的标准[5] 我国有关同步发电机承受不平衡电流允许值的规定如下:1)在按额定负荷连续运行时,汽轮发电机三相电流之差不超过额定值的10%,水轮发电机和同步调相机三相之差不超过额定值的20%,同时任何一相的电流不得大于额定值。2)在低电压额定负荷连续运行时,各相电流之差可以大于上面的规定值,但应根据实验确定数值。对于100 MW及以下汽轮发电机,当三相负荷不对称时,若每相电流均不超过额定值,且负序分量与额定电流之比不超过8%,应能连续运行,100 MW以上的发电机,一般认为负序分量与额定电流之比不超过5%。 2 SVC负序补偿基本原理及运行方式[6-8] SVC全称为“静止型动态无功补偿器”,主要用于补偿用户母线上的无功功率,其通过连续调节其自身无功功率来实现的,一般SVC由并联电感和电容两个回路组成,其中感性回路为动态回路,其感性无功功率可连续分相调整,使得整个装置无功功率的大小和性质发生变化,分相控制的依据为三相平衡原理。用Qs表示系统总无功功率,QF为用户负荷的无功功率,QL为晶闸管控制电抗器(TCR)的无功功率,QC为电容器无功功率,上述平衡过程可以用公式(1)来表达:Qs=QF+QL-QC=常数=0 (1)如图1所示,A为系统工作点。负荷工作时产生感性无功QF,补偿装置中的电容器组提供固定的容性无功QC,一般情况下后者大于前者,多余的容性无功由TCR平衡。当用户负荷QF变化时,SVC控制系统调节TCR电流从而改变QL值以跟踪,实时抵消负荷无功,动态维持系统的无功平衡。最简单的TCR装置组成和工作原理如图2所示:TCR的基本结构是两个反并联的晶闸管和电抗器串联。晶闸管在电源电压的正负半周轮流工作,当晶闸管的控制角α在90°~180°之间时,晶闸管受控导通(控制角为90°时完全导通,180°时完全截止)。在系统电压基本不变的前提下,增大控制角将减小TCR电流,减小装置的感性无功功率;反之减小控制角将增大TCR电流,增大装置的感性无功。就电流的基波分量而言,TCR装置相当于一个可调电纳。其等效电纳为:式中,α为晶闸管导通角;L为电抗器电感值;ω为网压的角频率。对于不对称负荷,应采用分相调节,根据瞬时电压和电流求出所需的补偿电纳。TCR分相调节的理论基础为司坦麦兹(STEINMETZ)理论,在此理论指导下,SVC能够将负荷补偿为纯有功的三相平衡系统。司坦麦兹(STEINMETZ)理论有多种表达形式,本文给出一种常用的补偿电纳公式:r分别为△连接的补偿电抗器电纳值;V为系统电压有效值为系统电压(线电压)瞬时值;ia(I),ib(I),ic(I)为系统电流瞬时值;T为采样周期,一般为10 ms。根据以上补偿理论,将一个理想的补偿网络与负荷相连就可以把任何不平衡的三相负荷变换成一个平衡的三相有功负荷,而不会改变电源和负荷间的有功功率交换,能够取得良好的电能质量治理效果。 3 SVC在电铁负序治理中的应用 1 国外电铁SVC应用情况 日本东海道新干线西相模牵引变,根据牵引变接入电网点检出的无功电流和负序电流,由负荷特性计算补偿电路SVC所需无功电流的数值,对TCR中的晶闸管触发信号加以控制,从而对有功功率的不平衡与负序进行补偿。澳大利亚昆士兰铁路将总容量为600 MV·A的套SVC根据需要分别装设在沿途各牵引变的低压侧,将一套340 MV·A的SVC装设在更高一级电压等级的电网。补偿后,负序电压由补偿前的5%下降到8%。英法海底隧道采用了ABB提供的SVC以解决负荷平衡问题,通过SVC补偿后,不平衡度小于1%。 2 国内电铁SVC应用情况 2000年10月,神朔电气化铁路(神华集团)开通,单相供电牵引所产生巨大负序电流,引起三相供电系统的不平衡,给邻近神木电厂(属神华集团)发电机组(2×100 MW)稳发、满发以及整个陕北电网的稳定和安全运行带来严峻考验。2000年11月至12月神木发电公司2台发电机组由于负序原因被迫停运,损失发电量超过1×108 kW·h。2001年330 kV神木变投运后,供电质量得到了一定的改善。根据实测,330 kV神木变2台主变并列运行时,神木发电公司单机组运行,发电机中负序电流可达到额定电流的15%(规定值<8%,2 台机组同时运行时发电机中负序电流也可达到8%的临界值)。为保证发电公司能正常发电,330 kV主变只能采用分列运行方式,1台供神木发电公司发电进网,1台供电铁牵引站送电。在该方式下,单机组发电时,发电机中的负序电流仍时有超过8%的现象发生。由于电铁的影响,神木发电公司在运行中还经韩宏飞等:电气化铁路中SVC 负序补偿应用技术研究V25 N6常出现发电变差动保护误动、循环水泵电机过负荷等故障。2002年,经过多方考虑神华集团公司斥巨资在神朔电铁供电线路上加装静止型动态无功补偿装置(SVC)以治理电铁牵引站对电网所产生的污染,包括抑制谐波、提高功率因数、快速连续无功调节、抑制电压波动和闪变、解决三相不对称等问题。神朔SVC工程与2002年5月底投入运行,并于2002年8月10日完成竣工验收移交。其间西北电力试验研究院受用户委托对该工程进行了实际跟踪测试,证明该设备性能稳定、运行安全可靠、各项指标均为优良、补偿效果良好,完全达到并优于用户要求,方案实施后取得了预期效果。该装置在国内首次实现了110 kV电铁供电线上对多座电铁牵引负荷的整体动态实时补偿,首开电铁与电网补偿综合治理的成功先例。 4 结语 SVC装置在电气化铁道中应用的主要问题是资金问题。随着我国电网建设的进一步发展以及电气化铁路大规模的建设,对SVC在电铁中的应用提出了更高要求,迫切需要设计、生产出性能最佳、价格便宜的SVC装置。辽宁某厂家生产的SVC,于1997年通过了辽宁省科委及原国家计委重点工业性试验项目鉴定,实现了国产化;中国电力科学研究院生产的SVC于2004年在鞍山红一变投入运行,也实现了国产化;在我国冶金、煤炭、化工、电铁等行业中使用的SVC,国产的占绝大多数。国产SVC实用化程度进一步提高,国产的SVC装置除具备SVC的常规特点外,还具有无水冷却(热管自冷技术),出厂前进行全载、全压试验,运行中可以进行远程实时监控运行等特征。近10 a来,国产SVC装置的安全运行实践证明了国产SVC装置技术经济指标的优越性和先进性。经辽宁该厂家建议,由全国电压/电流等级和频率标准化技术委员会牵头制定的中华人民共和国国家标准《静止式动态无功功率补偿装置(SVC)功能特性导则》和《静止式动态无功功率补偿装置(SVC)现场试验导则》报批稿已经上报,必将促进SVC的进一步发展。目前,国产SVC的规模化生产能力不仅完全可以满足我国电力系统和各行业的需要,而且还具有出口能力。目前该厂家生产的我国第一套应用于电气化铁路的高压大功率静止无功发生器亦进入最后调试阶段,此套装置将发往上海铁路局用于电气化铁路电能质量治理。首套电铁系统专用静补装置的问世,标志着我国成为世界上少数几个掌握该技术的国家。目前国产SVC已占领了国内电气化铁路系统、冶金行业绝大部分市场份额,成为世界上SVC的主要制造商之一,2006年的装机数量更是首次超过瑞士ABB与德国西门子SIEMENS,跃居全球第一,国内厂家精心研制的高压动态无功补偿装置(SVC)已具有国际同期先进水平。可以预见,随着国产SVC技术水平的进一步成熟、性价比的进一步提高,SVC在我国电气化铁路建设中必将发挥重要作用,为促进我国铁路建设实现跨越式发展提供有力保障。 [参考文献]: [1] 林建钦,杜永宏 电力系统谐波危害及防止对策[J]电网与清洁能源,2009,25(02):28- [2] 卢志海,厉吉文,周剑电气化铁路对电力系统的影响[J]继电器,2004,32(11):33- [3] 任元信阳和驻马庙地区电气化铁路谐波引起220 kV高频保护动作的分析[J]电网技术,1995,19(2):32- [4] 李郑刚 电石炉无功补偿与谐波抑制文秘杂烩网 ,2009,25(01):76- [5] 电力工业部电力规划设计总院电力系统设计手册[S]北京:中国电力出版社, [6] 朱永强,刘文华,邱东刚,等基于单相STATCOM的不平衡负荷平衡化补偿的仿真研究[J] 电网技术,2003,27(8):42- [7] 李旷,刘进军,魏标,等静止型无功发生器补偿电网电压不平衡的控制及其优化方法[J]中国电机工程学报,2006,26(5):58- [8] 辽宁荣信电力电子股份有限公司SVC控制系统用户手册[K]辽宁: 荣信电力电子股份有限公司,2006采纳哦
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随着城市轨道交通事业不断发展,供电系统作为城市轨道交通的重要组成部分,大量采用先进技术与新型设备,逐步实现监控自动化、远动化,运行管理智能化,性能检测及故障诊断现代化。对广大城市轨道交通供电系统运行维护人员,在知识上、技能上提出更高要求。编者结合轨道交通供电系统的实际情况,以轨道交通供电系统新技术新设备技术资料为依据,并参阅有关技术文献和生产厂家的技术资料,编写了本书。本书主要介绍近年来轨道交通供电系统新技术的发展方向,以设备单元为载体,分别讲述了牵引变压所主结线与配电装置、牵引变压所二次装置、接触网设备与结构、电力监控系统的构成与功能,并对远动系统作了简要介绍。然后,特别增加了第三轨式接触网和供电系统检修与运营管理的内容讲解,便于系统管理人员与维护人员学习。在本书的最后,附有“常用电气设备文字符号对照表”和“电气设备常用图形符号”,供读者参考学习。《城市轨道交通供电》第一章第一、二节,第四章第一、二节由南京铁道职业技术学院宋奇吼撰写;第一章第三节由南京地铁运营公司杨思甜撰写;第二章由郑州铁路职业技术学院张家祥和河南省电力勘测设计院陈宁共同撰写;第三章由郑州铁路职业技术学院李学武、吉鹏霄共同撰写;第四章第三节由中铁电气化勘测设备研究院彭大明撰写;第五章由申通地铁运营公司邓肖云撰写;第六章由郑州铁路职业技术学院王瑞平撰写。全书由宋奇吼、李学武担任主编,杨思甜、邓肖云担任副主编,中铁电气化勘测设备研究院张云太担任主审。西南交通大学曹保江教授在编写过程中给予大力帮助;郑州铁路局洛阳供电段张保卫参与本书审稿,并提出了许多宝贵意见,在此表示衷心感谢。由于编者水平所限,书中疏漏和错误之处在所难免,诚恳欢迎读者提出宝贵意见。

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年少无知23

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。

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