交流电气化铁路对电力系统的影响和改善措施 - 副本.ppt

电气化铁道牵引供电系统电气化铁道牵引供电系统负序电流及其影响和改善措施负序电流及其影响和改善措施负序对系统的影响负序对系统的影响 负序电流的分析工具对称分量法负序电流的分析工具对称分量法 负序电流的通用表达式负序电流的通用表达式 典型接线的牵引变压器（单相、三相、三典型接线的牵引变压器（单相、三相、三相两相平衡变压器）负序电流的计算相两相平衡变压器）负序电流的计算 减小负序影响的措施 负序对系统的影响 负负序序序序电电流流流流对电对电力系力系力系力系统统的不利影响主要表的不利影响主要表的不利影响主要表的不利影响主要表现现在在在在对发电机、异步电动机、反应负序分量的继电对发电机、异步电动机、反应负序分量的继电对发电机、异步电动机、反应负序分量的继电对发电机、异步电动机、反应负序分量的继电保护装置、电力系统主元件如变压器和输电线以保护装置、电力系统主元件如变压器和输电线以保护装置、电力系统主元件如变压器和输电线以保护装置、电力系统主元件如变压器和输电线以及通讯干扰等方面。及通讯干扰等方面。及通讯干扰等方面。及通讯干扰等方面。一、负序电流对发电机的影响1.1.使发电机转子产生附加损耗并出现过热现象使发电机转子产生附加损耗并出现过热现象使发电机转子产生附加损耗并出现过热现象使发电机转子产生附加损耗并出现过热现象 负序电流经过定子绕组时，形成负序旋转磁负序电流经过定子绕组时，形成负序旋转磁负序电流经过定子绕组时，形成负序旋转磁负序电流经过定子绕组时，形成负序旋转磁场，它以同步转速旋转，方向与转子的旋转方向场，它以同步转速旋转，方向与转子的旋转方向场，它以同步转速旋转，方向与转子的旋转方向场，它以同步转速旋转，方向与转子的旋转方向相反。因此，此负序旋转磁场以两倍同步转速切相反。因此，此负序旋转磁场以两倍同步转速切相反。因此，此负序旋转磁场以两倍同步转速切相反。因此，此负序旋转磁场以两倍同步转速切割转子，在转子中就感应出两倍频率的电流，称割转子，在转子中就感应出两倍频率的电流，称割转子，在转子中就感应出两倍频率的电流，称割转子，在转子中就感应出两倍频率的电流，称为倍频附加电流。它会引起局部过热，破坏转子为倍频附加电流。它会引起局部过热，破坏转子为倍频附加电流。它会引起局部过热，破坏转子为倍频附加电流。它会引起局部过热，破坏转子部件的机械强度，以及温升过高而影响励磁绕组部件的机械强度，以及温升过高而影响励磁绕组部件的机械强度，以及温升过高而影响励磁绕组部件的机械强度，以及温升过高而影响励磁绕组的绝缘强度。的绝缘强度。的绝缘强度。的绝缘强度。2.造成发电机组的震动 负序旋转磁场产生两倍工频的附加交变电磁转矩，同时作用在转子转轴和定子机座上，从而引起附加的两倍工频频率的振动。长时间的振动将会引起金属疲劳和机械损坏。针对发电机的负序限值，有相关的国家标准：针对发电机的负序限值，有相关的国家标准：对于负序电流：对于负序电流：长期运行情况长期运行情况 时，时，短时运行情况短时运行情况对于负序电压：对于负序电压：在在110kV侧，侧，二、负序电压对电动机的危害二、负序电压对电动机的危害 负序电压在电动机中将产生负序电流。而负序电压在电动机中将产生负序电流。而负序电压在电动机中将产生负序电流。而负序电压在电动机中将产生负序电流。而异步电动机的正序阻抗很大，负序阻抗很小，故异步电动机的正序阻抗很大，负序阻抗很小，故异步电动机的正序阻抗很大，负序阻抗很小，故异步电动机的正序阻抗很大，负序阻抗很小，故很小的负序电压就会产生较大大的负序电流。它很小的负序电压就会产生较大大的负序电流。它很小的负序电压就会产生较大大的负序电流。它很小的负序电压就会产生较大大的负序电流。它与额定负载时的正序电流叠加，会使定子和转子与额定负载时的正序电流叠加，会使定子和转子与额定负载时的正序电流叠加，会使定子和转子与额定负载时的正序电流叠加，会使定子和转子绕组局部过载，绕组铜损局部增大，引起局部过绕组局部过载，绕组铜损局部增大，引起局部过绕组局部过载，绕组铜损局部增大，引起局部过绕组局部过载，绕组铜损局部增大，引起局部过热而烧毁。同时，负序电流在定子绕组中产生的热而烧毁。同时，负序电流在定子绕组中产生的热而烧毁。同时，负序电流在定子绕组中产生的热而烧毁。同时，负序电流在定子绕组中产生的反向旋转磁场，在转子铁心中产生涡流，引起铁反向旋转磁场，在转子铁心中产生涡流，引起铁反向旋转磁场，在转子铁心中产生涡流，引起铁反向旋转磁场，在转子铁心中产生涡流，引起铁损增加，使转子发热。并产生反向制动转矩，降损增加，使转子发热。并产生反向制动转矩，降损增加，使转子发热。并产生反向制动转矩，降损增加，使转子发热。并产生反向制动转矩，降低电动机的出力和过载能力。低电动机的出力和过载能力。低电动机的出力和过载能力。低电动机的出力和过载能力。三、负序分量对继电保护的影响三、负序分量对继电保护的影响 以负序电流或负序电压为动作条件的继以负序电流或负序电压为动作条件的继以负序电流或负序电压为动作条件的继以负序电流或负序电压为动作条件的继电保护和自动装置，如发电机的负序电流保护电保护和自动装置，如发电机的负序电流保护电保护和自动装置，如发电机的负序电流保护电保护和自动装置，如发电机的负序电流保护装置、线路的相差高频保护装置，以及故障录装置、线路的相差高频保护装置，以及故障录装置、线路的相差高频保护装置，以及故障录装置、线路的相差高频保护装置，以及故障录波器等，当遭受到电气化铁道产生的大量负序波器等，当遭受到电气化铁道产生的大量负序波器等，当遭受到电气化铁道产生的大量负序波器等，当遭受到电气化铁道产生的大量负序侵入时，在谐波的共同干扰下，使保护误动作，侵入时，在谐波的共同干扰下，使保护误动作，侵入时，在谐波的共同干扰下，使保护误动作，侵入时，在谐波的共同干扰下，使保护误动作，引起供电的中断。引起供电的中断。引起供电的中断。引起供电的中断。四、负序电流占用系统容量四、负序电流占用系统容量 有负序电流存在时，三相中的最大电流总是大于系统有负序电流存在时，三相中的最大电流总是大于系统设备原有的正序电流，造成设备的过电流，即负序电流限设备原有的正序电流，造成设备的过电流，即负序电流限制系统设备的出力。制系统设备的出力。五、负序电流会增大电网损耗五、负序电流会增大电网损耗 负序电流不但不传递任何有功功率，而且产生网损。负序电流不但不传递任何有功功率，而且产生网损。存在负序电流时三相系统的总损耗为存在负序电流时三相系统的总损耗为六、对通讯线路产生干扰六、对通讯线路产生干扰降低负序影响的措施 上面已述及，负序在电力系统中所造成的上面已述及，负序在电力系统中所造成的不良影响，如额外占用系统及其设备容量，不良影响，如额外占用系统及其设备容量，造成附加网损，引起系统电压不对称，降造成附加网损，引起系统电压不对称，降低发电机和电动机出力等。低发电机和电动机出力等。为使电力系统经济运行和提高电能为使电力系统经济运行和提高电能质量，尽可能降低负序是十分必要的。质量，尽可能降低负序是十分必要的。1.1.理论依据理论依据理论依据理论依据 由负序电流的一般表达式来观察负序的合由负序电流的一般表达式来观察负序的合由负序电流的一般表达式来观察负序的合由负序电流的一般表达式来观察负序的合成特性：成特性：成特性：成特性：可见，在各种负荷条件不变的情况下，只可见，在各种负荷条件不变的情况下，只要合理安排负荷所在的端口，就能最大程度的要合理安排负荷所在的端口，就能最大程度的使构成负序电流的各分量互相抵消，从而减少使构成负序电流的各分量互相抵消，从而减少总的负序电流。总的负序电流。2.2.实际措施实际措施实际措施实际措施 （1 1）采用特殊接线的牵引变压器）采用特殊接线的牵引变压器）采用特殊接线的牵引变压器）采用特殊接线的牵引变压器 比较常用的是比较常用的是比较常用的是比较常用的是ScottScott接线牵引变压器。其他接线牵引变压器。其他接线牵引变压器。其他接线牵引变压器。其他三相两相平衡接线牵引变压器，如三相两相平衡接线牵引变压器，如三相两相平衡接线牵引变压器，如三相两相平衡接线牵引变压器，如 接接接接线、线、线、线、Le BlancLe Blanc接线、接线、接线、接线、Wood-BridgeWood-Bridge接线等，却接线等，却接线等，却接线等，却很少用到。很少用到。很少用到。很少用到。（2 2）并联补偿装置）并联补偿装置）并联补偿装置）并联补偿装置 （3）牵引变电所换相联接）牵引变电所换相联接 为整体减轻进入电力系统的负序分量，为整体减轻进入电力系统的负序分量，电气化区段的各种接线的牵引变电所几乎电气化区段的各种接线的牵引变电所几乎无一例外地实行换相联接，即轮换接入电无一例外地实行换相联接，即轮换接入电力系统的不同相。力系统的不同相。大量实践证明，牵引变电所换相联接大量实践证明，牵引变电所换相联接对减少电气化铁道对电力系统的负序影响对减少电气化铁道对电力系统的负序影响是十分有效的。是十分有效的。牵引变电所换相联接 为整体减轻进入电力系统的负为整体减轻进入电力系统的负序分量，电气化区段的各种接线的牵序分量，电气化区段的各种接线的牵引变电所几乎无一例外地实行换相联引变电所几乎无一例外地实行换相联接，即轮换接入电力系统的不同相。接，即轮换接入电力系统的不同相。1单相牵引变电所换相联接三个变电所形成一个循环三个变电所形成一个循环 只形成在三个变电所之间局部环行的负序电流只形成在三个变电所之间局部环行的负序电流 实际中，由于牵引负荷的随机变化使三实际中，由于牵引负荷的随机变化使三个变电所的负荷电流不断变化，将随时在电力个变电所的负荷电流不断变化，将随时在电力系统中产生负序电流，但其数值将由于换相联系统中产生负序电流，但其数值将由于换相联接而大大减小。接而大大减小。在牵引供电系统设计时，一般力求电气在牵引供电系统设计时，一般力求电气化区段牵引网三相供电分区牵引能耗大致相等，化区段牵引网三相供电分区牵引能耗大致相等，以尽可能减少负序电流进入电力系统。以尽可能减少负序电流进入电力系统。前面电路有一个缺点，即两相邻供电分区前面电路有一个缺点，即两相邻供电分区之间接触网上的分相绝缘器将承受之间接触网上的分相绝缘器将承受 倍牵引网倍牵引网电压。电压。在实际中常采用的是上述换相接法的一个改进，在实际中常采用的是上述换相接法的一个改进，即，让牵引网的电压每六个变电所形成一个相位循环，即，让牵引网的电压每六个变电所形成一个相位循环，如下图所示。如下图所示。在改进的方法中，相邻两供电分区的电压相在改进的方法中，相邻两供电分区的电压相位差为位差为 ，接触网上两相邻供电分区的电压相，接触网上两相邻供电分区的电压相量差为牵引网电压。但就电力系统的负序而言仍量差为牵引网电压。但就电力系统的负序而言仍然是每三个变电所形成一组对称联接。然是每三个变电所形成一组对称联接。现行设计要求两相邻牵引变电所间分区所的供电分区同相。现行设计要求两相邻牵引变电所间分区所的供电分区同相。2 2VvVv接接线牵引引变电所所换相相联接接Vv接线的变电所由以下步骤完成换相：接线的变电所由以下步骤完成换相：（1）按对称要求规定供电分区电压顺序为）按对称要求规定供电分区电压顺序为 、等。两相邻变电所间分区所的供电分等。两相邻变电所间分区所的供电分 区的电压相同。区的电压相同。（2）所有变电所变压器副边以同名端接地。）所有变电所变压器副边以同名端接地。（3）最后完成原边与电力系统的接线。）最后完成原边与电力系统的接线。图中三个变电所的接线就是按以上原则得到图中三个变电所的接线就是按以上原则得到 的。三个变电所共倒了三次相，所以同单相变电的。三个变电所共倒了三次相，所以同单相变电 所一样，对于电力系统而言，是三个变电所形成所一样，对于电力系统而言，是三个变电所形成 一个完整的换相循环，但就负序而言，任意一个完整的换相循环，但就负序而言，任意 、的三个供电分区就可完成一组对称连的三个供电分区就可完成一组对称连 接。换言之，三个接。换言之，三个Vv接线变电所换相后完成两组接线变电所换相后完成两组 对称联接。对称联接。3 3三相三相牵引引变电所所换相相联接接YN,d11牵引变电所换相联接牵引变电所换相联接 接线规则：接线规则：变压器副边的端子变压器副边的端子 接地接地 端子接端子接“+”电压供电臂，电压供电臂，端子接端子接“-”电压供电臂电压供电臂 原边按照原边按照Ynd11变压器接线展开图完成与电力变压器接线展开图完成与电力 系统接线。系统接线。已知两供电臂负荷相分别为已知两供电臂负荷相分别为 、，根据，根据以上接线规则可知变压器原边（以上接线规则可知变压器原边（A）端子接入电）端子接入电力系统力系统 相，（相，（B）端子接入电力系统）端子接入电力系统 相，相，（C）端子接入电力系统）端子接入电力系统 相。相。YN,d11YN,d11牵引变压器原次边接线例图牵引变压器原次边接线例图 按照前面的方法依次确定其余变电所接线，按照前面的方法依次确定其余变电所接线，即可得到整个三相牵引变电所供电区段的换相联即可得到整个三相牵引变电所供电区段的换相联接关系。接关系。三个牵引变电所形成一个完整循环。若各三个牵引变电所形成一个完整循环。若各供电分区负荷相等时电力系统的负荷三相对称，供电分区负荷相等时电力系统的负荷三相对称，无负序电流注入系统。无负序电流注入系统。大量实践证明，牵引变电所换相联大量实践证明，牵引变电所换相联接对减少电气化铁道对电力系统的负序影接对减少电气化铁道对电力系统的负序影响是十分有效的。响是十分有效的。