一種牽引供電系統(tǒng)諧波阻抗測量裝置的制造方法
【專利摘要】一種牽引供電系統(tǒng)諧波阻抗測量裝置，裝置的組成是：降壓變壓器原邊線圈與供電區(qū)段接觸網(wǎng)和鋼軌相連，次邊線圈上接電流、電壓傳感器；次邊線圈還與諧波電流源注入裝置相連；諧波電流源注入裝置的構(gòu)成是：橋式整流電路的一交流端直接作為諧波電流源注入裝置的一輸出端，橋式整流電路的另一交流端接二極管負(fù)極，二極管正極為諧波注入裝置的另一輸出端；二極管正負(fù)極之間接開關(guān)；橋式整流電路的兩直流端并聯(lián)電容，電阻一、二串聯(lián)后并聯(lián)于橋式整流電路兩直流端，電阻二上并聯(lián)開關(guān)二。該裝置能在現(xiàn)場測出供電區(qū)段的諧振頻率及電力機(jī)車或動車組運(yùn)行時的阻抗頻率特性，從而為牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行與維護(hù)提供更準(zhǔn)確、可靠的實(shí)測參數(shù)。
【專利說明】
一種牽引供電系統(tǒng)諧波阻抗測量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種牽引供電系統(tǒng)諧波阻抗測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，中國高速鐵路在很多方面處于領(lǐng)先地位，但同時技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也在提高，供電 設(shè)備安全，可靠性也相應(yīng)有了更高的要求。當(dāng)牽引供電系統(tǒng)中電力機(jī)車或動車組的諧波電 流的頻率和所在區(qū)段(通常為一個供電臂)牽引網(wǎng)自身諧振頻率相重合時，就可能在牽引網(wǎng) 上激發(fā)出高次諧波諧振現(xiàn)象，產(chǎn)生諧振過電壓或過電流，影響供電安全?，F(xiàn)場已經(jīng)發(fā)生多起 諧波諧振事故，造成過電壓保護(hù)動作，斷路器跳閘，保護(hù)器，避雷器等設(shè)備燒毀甚至爆炸，并 聯(lián)補(bǔ)償裝置無法正常運(yùn)行，嚴(yán)重影響供電的可靠性及高速鐵路的安全運(yùn)行。
[0003] 由于牽引網(wǎng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行情況多變、內(nèi)部的元器件參數(shù)也不知道，這就導(dǎo)致即 便對電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)資料掌握的很詳細(xì)，仍舊無法通過理論計(jì)算得出各區(qū) 段牽引網(wǎng)的諧振頻率。因此，在新建鐵路的聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段，迫切需要通過現(xiàn)場測試的裝置和 方法，測出各供電區(qū)段的諧振頻率及電力機(jī)車或動車組運(yùn)行于各供電區(qū)段時的阻抗頻率特 性，從而正確、及早的采取相應(yīng)技術(shù)措施以減少或避免諧波諧振的發(fā)生。提高供電的可靠性 及高速鐵路運(yùn)行的安全性。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型的目的是提供一種牽引供電系統(tǒng)諧波阻抗測量裝置，該裝置能在現(xiàn)場 測出供電區(qū)段的諧振頻率及電力機(jī)車或動車組運(yùn)行于供電區(qū)段時的阻抗頻率特性，從而為 牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行與維護(hù)的抗諧振措施提供更準(zhǔn)確、可靠的參數(shù)，以減少或避免諧 波諧振的發(fā)生，提高供電的可靠性及高速鐵路運(yùn)行的安全性。
[0005] 本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)上述目的，所采用的技術(shù)方案是，一種牽引供電系統(tǒng)諧波阻抗測 量裝置，其組成是：
[0006] 降壓變壓器的原邊線圈的兩端分別與供電區(qū)段的接觸網(wǎng)和鋼軌相連，次邊線圈上 串接電流傳感器，次邊線圈的兩端并接電壓傳感器；電流傳感器和電壓傳感器的輸出端均 與數(shù)據(jù)處理器相連;次邊線圈的兩端還與諧波電流源注入裝置的兩輸出端相連;其中，諧波 電流源注入裝置的具體構(gòu)成是：
[0007]橋式整流電路的一交流端直接作為諧波電流源注入裝置的一輸出端，橋式整流電 路的另一交流端串接二極管的負(fù)極，二極管的正極作為諧波電流源注入裝置的另一輸出 端;二極管的正負(fù)極之間連接開關(guān);橋式整流電路的兩直流端并聯(lián)一個電容，電阻一與電阻 二串聯(lián)后并聯(lián)于橋式整流電路的兩直流端，電阻二上并聯(lián)開關(guān)二。
[0008] 本實(shí)用新型的工作過程及使用方法是：
[0009] A、閉合開關(guān)一、斷開開關(guān)二、二極管被短路，橋式整流電路全周導(dǎo)通，產(chǎn)生奇次諧 波電流，奇次諧波電流通過降壓變壓器、接觸網(wǎng)注入到牽引供電系統(tǒng)中；電壓傳感器和電流 傳感器分別采樣測出降壓變壓器次邊在全周導(dǎo)通下的電壓和電流并傳給數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù) 處理器對全周導(dǎo)通下的電壓和電流分別進(jìn)行傅立葉變換得到全周導(dǎo)通下的頻域電流I1， /1=111/,/|/，...,/>.:./^ /和頻域電壓匕^/1=<,1/;1/,...,%，.."：^，其中下標(biāo)1^代表頻 率，n= 1，2，3···Ν，Ν=25;為全周導(dǎo)通下的頻域電流I1在頻率nf下的值；為全周導(dǎo)通下 的電壓頻域U1在頻率nf下的值；
[0010] 閉合開關(guān)一和開關(guān)二，二極管和電阻二均被短路，橋式整流電路在小阻抗情形下 全周導(dǎo)通，產(chǎn)生小阻抗下的奇次諧波電流，小阻抗下的奇次諧波電流通過降壓變壓器、接觸 網(wǎng)注入到牽引供電系統(tǒng)中；電壓傳感器和電流傳感器分別采樣測出降壓變壓器次邊在小阻 抗全周導(dǎo)通下的電壓和電流并傳給數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器對小阻抗全周導(dǎo)通下的電壓和 電流分別進(jìn)行傅立葉變換得到小阻抗全周導(dǎo)通下的頻域電流I2，/2 和頻域電壓…,t/2f，…為小阻抗全周導(dǎo)通下的電流I2在頻率nf下 J7 丄-J nf Μ' 的分量;unf為小阻抗全周導(dǎo)通下的電壓U2在頻率nf下的分量；
[0011] 數(shù)據(jù)處理器計(jì)算出降壓變壓器原邊也即所在供電區(qū)段的牽引供電系統(tǒng)在頻率nf 下的阻抗值nf
，其中K2為降壓變壓器的變比的平 方;進(jìn)而得到所在供電區(qū)段的牽引供電系統(tǒng)的頻域阻抗Znf，Znf=[Zlf，Z2f，. . .Znf, . . .ZNf]， 頻域阻抗Znf中的最大值即為諧振阻抗，諧振阻抗對應(yīng)的頻率即為諧振頻率；
[0012] B、斷開開關(guān)一和開關(guān)二，二極管使橋式整流電路僅在正半周導(dǎo)通，產(chǎn)生偶次諧波電 流，偶次諧波電流通過降壓變壓器、接觸網(wǎng)注入到牽引供電系統(tǒng)中；電壓傳感器和電流傳感器 分別采樣測出降壓變壓器次邊在半周導(dǎo)通下的電壓和電流并傳給數(shù)據(jù)處理器;數(shù)據(jù)處理器對 半周導(dǎo)通下的電壓和電流進(jìn)行傅立葉變換得到半周導(dǎo)通下電流I3，/3 4,.../^ 和電壓 u3，c/=[K, 代:，
[0013] 其中下標(biāo)nf代表頻率，η = 1，2,3···Ν，Ν=25; Inf為全周導(dǎo)通下的電流I3在頻率nf下 的分量;Unf為全周導(dǎo)通下的電壓U3在頻率nf下的分量；
[0014]閉合開關(guān)二，使電阻二短路，橋式整流電路在小阻抗情形下正半周導(dǎo)通，產(chǎn)生小阻抗 下的偶次諧波電流，小阻抗下的偶次諧波電流通過降壓變壓器、接觸網(wǎng)注入到牽引供電系統(tǒng) 中；電壓傳感器和電流傳感器分別采樣測出降壓變壓器次邊在半周導(dǎo)通小阻抗下的電壓和電 流并傳給數(shù)據(jù)處理器;數(shù)據(jù)處理器對半周導(dǎo)通小阻抗下的電壓和電流進(jìn)行傅立葉變換得到半 周導(dǎo)通小阻抗下電流i4，/4=[y,4,,G,…,和電壓υ4，?/ 4=ρ^%，
[0015] 其中下標(biāo)nf代表頻率，η = 1，2,3···Ν，Ν=25; Inf為全周導(dǎo)通下的電流I4在頻率nf下 的分量;Unf為全周導(dǎo)通下的電壓U4在頻率nf下的分量；
[0016]數(shù)據(jù)處理器計(jì)算出降壓變壓器原邊也即所在供電區(qū)段的牽引供電系統(tǒng)在頻率nf 的阻抗值2/1^，2^ =火2((/'-"；；)/(/^-/^)，其中1(2為降壓變壓器的變比的平方;進(jìn) 而得到所在供電區(qū)段的牽引供電系統(tǒng)的頻域阻抗Znf，Znf=[Zlf，z 2f，. . .znf，. . .ZNf]，頻域阻 抗znf中的最大值即為諧振阻抗，諧振阻抗對應(yīng)的頻率即為諧振頻率。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：
[0018] 以橋式整流電路作為諧波電流源注入裝置。通過開關(guān)的控制，使橋式整流電路全 周導(dǎo)通時，會產(chǎn)生奇次諧波;奇次諧波通過降壓變壓器耦合到供電區(qū)段的接觸網(wǎng)上，再由降 壓變壓器副邊上的電壓傳感器和電流傳感器采樣測出降壓變壓器副邊上的電壓和電流;然 后，通過開關(guān)短路掉橋式整流電路直流側(cè)兩個電阻中的一個電阻，使系統(tǒng)的阻抗發(fā)生波動， 再得到阻抗波動后的電壓和電流，隨后由傅立葉變換后的頻域電壓和頻域電流的波動量， 計(jì)算出所在供電區(qū)段的不同頻率下的阻抗;最大的阻抗即為奇次諧波阻抗，奇次諧波阻抗 對應(yīng)的頻率即為諧振頻率。同樣，通過開關(guān)的控制，使橋式整流電路半周導(dǎo)通，會產(chǎn)生偶次 諧波，并通過阻抗波動，得到頻域電壓和頻域電流波動量，計(jì)算出所在供電區(qū)段的不同頻率 下的阻抗;最大的阻抗即為偶次諧波阻抗，偶次諧波阻抗對應(yīng)的頻率即為諧振頻率。因此， 本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0019] -、通過控制開關(guān)的通斷，既能現(xiàn)場測出各供電區(qū)段的奇次諧波阻抗，也能現(xiàn)場測 出各供電區(qū)段的偶次諧波阻抗。
[0020] 二、通過阻抗波動，得到電壓和電流波動量，由波動量計(jì)算得到的諧波阻抗，有效 的消除了系統(tǒng)誤差對諧波阻抗、諧振頻率測量值的影響，其測量結(jié)果更準(zhǔn)確、可靠。從而為 牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行與維護(hù)的抗諧振措施提供更準(zhǔn)確、可靠的參數(shù)，以減少或避免諧 波諧振的發(fā)生，提高供電的可靠性及高速鐵路運(yùn)行的安全性。
[0021] 三、電壓、電流測量器件、數(shù)據(jù)處理器及諧波電流源注入裝置均位于降壓變壓器的 次邊側(cè)，降低了裝置的工作電壓，既大幅降低了裝置的購置及運(yùn)行成本，同時，也提高了測 試的安全性。
[0022] 四、諧波電流源注入裝置由橋式整流電路構(gòu)成，橋式整流電路為無源低功率電路 較之有源的電流源注入裝置，其結(jié)構(gòu)更簡單、控制更方便、可靠。
[0023] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 實(shí)施例
[0026] 圖1示出，本實(shí)用新型的一種【具體實(shí)施方式】是，一種牽引供電系統(tǒng)諧波阻抗測量裝 置，其組成是：
[0027] 降壓變壓器ST的原邊線圈的兩端分別與供電區(qū)段的接觸網(wǎng)CW和鋼軌R相連，次邊 線圈上串接電流傳感器TA，次邊線圈的兩端并接電壓傳感器TV;電流傳感器TA和電壓傳感 器TV的輸出端均與數(shù)據(jù)處理器CPU相連;次邊線圈的兩端還與諧波電流源注入裝置的兩輸 出端相連;其中，諧波電流源注入裝置的具體構(gòu)成是：
[0028] 橋式整流電路Z的一交流端直接作為諧波電流源注入裝置的一輸出端，橋式整流 電路Z的另一交流端串接二極管D的負(fù)極，二極管D的正極作為諧波電流源注入裝置的另一 輸出端;二極管D的正負(fù)極之間連接開關(guān)S1;橋式整流電路Z的兩直流端并聯(lián)一個電容C，電 阻一虹與電阻二R2串聯(lián)后并聯(lián)于橋式整流電路z的兩直流端，電阻二R2上并聯(lián)開關(guān)二S2。
[0029] 本實(shí)用新型的工作過程及使用方法是：
[0030] A、閉合開關(guān)一 S1、斷開開關(guān)二S2、二極管D被短路，橋式整流電路Z全周導(dǎo)通，產(chǎn)生奇 次諧波電流，奇次諧波電流通過降壓變壓器ST、接觸網(wǎng)CW注入到牽引供電系統(tǒng)中；電壓傳感器 TV和電流傳感器TA分別采樣測出降壓變壓器ST次邊在全周導(dǎo)通下的電壓和電流并傳給數(shù) 據(jù)處理器CPU，數(shù)據(jù)處理器CPU對全周導(dǎo)通下的電壓和電流分別進(jìn)行傅立葉變換得到全周導(dǎo) 通下的頻域電流 iV1 和頻域電壓 uW nj. i\J [_ \ 7 .▲./ nj - 其中下標(biāo)nf代表頻率，n = 1,2,3···N,N = 25; 為全周導(dǎo)通下的頻域電流11在頻率nf下的 值;為全周導(dǎo)通下的電壓頻域U1在頻率nf下的值；
[0031] 閉合開關(guān)一 S1和開關(guān)二S2,二極管D和電阻二R2均被短路，橋式整流電路Z在小阻 抗情形下全周導(dǎo)通，產(chǎn)生小阻抗下的奇次諧波電流，小阻抗下的奇次諧波電流通過降壓變 壓器ST、接觸網(wǎng)CW注入到牽引供電系統(tǒng)中；電壓傳感器TV和電流傳感器TA分別采樣測出降 壓變壓器ST次邊在小阻抗全周導(dǎo)通下的電壓和電流并傳給數(shù)據(jù)處理器CPU，數(shù)據(jù)處理器CPU 對小阻抗全周導(dǎo)通下的電壓和電流分別進(jìn)行傅立葉變換得到小阻抗全周導(dǎo)通下的頻域電 流I2，/2 =「/W^·,/2,…]和頻域電壓υ2，α2=「Κ 1./ .2/ nj Nf \·?· .2::/ nj Nf 全周導(dǎo)通下的電流I2在頻率nf下的分量;Unf為小阻抗全周導(dǎo)通下的電壓U2在頻率nf下的分 量；
[0032]數(shù)據(jù)處理器CPU計(jì)算出降壓變壓器ST原邊也即所在供電區(qū)段的牽引供電系統(tǒng)在頻 率nf下的阻抗值
，其中K2為降壓變壓器ST的變比 的平方；進(jìn)而得到所在供電區(qū)段的牽引供電系統(tǒng)的頻域阻抗2^，2^=[2^2^，... 2^， ...zNf]，頻域阻抗Znf中的最大值即為諧振阻抗，諧振阻抗對應(yīng)的頻率即為諧振頻率；
[0033] B、斷開開關(guān)一 S1和開關(guān)二S2,二極管D使橋式整流電路Z僅在正半周導(dǎo)通，產(chǎn)生偶 次諧波電流，偶次諧波電流通過降壓變壓器ST、接觸網(wǎng)CW注入到牽引供電系統(tǒng)中；電壓傳感 器TV和電流傳感器TA分別采樣測出降壓變壓器ST次邊在半周導(dǎo)通下的電壓和電流并傳給 數(shù)據(jù)處理器CPU;數(shù)據(jù)處理器CPU對半周導(dǎo)通下的電壓和電流進(jìn)行傅立葉變換得到半周導(dǎo)通 下電流 I3，/3 = 和電壓 u3，C/3 =[%
[0034] 其中下標(biāo)nf代表頻率，11 = 1，2,3"，少=25;11^為全周導(dǎo)通下的電流13在頻率1^下 的分量;unf為全周導(dǎo)通下的電壓U3在頻率nf下的分量；
[0035]閉合開關(guān)二S2,使電阻二R2短路，橋式整流電路Z在小阻抗情形下正半周導(dǎo)通，產(chǎn) 生小阻抗下的偶次諧波電流，小阻抗下的偶次諧波電流通過降壓變壓器ST、接觸網(wǎng)CW注入 到牽引供電系統(tǒng)中；電壓傳感器TV和電流傳感器TA分別采樣測出降壓變壓器ST次邊在半周 導(dǎo)通小阻抗下的電壓和電流并傳給數(shù)據(jù)處理器CPU;數(shù)據(jù)處理器CPU對半周導(dǎo)通小阻抗下的 電壓和電流進(jìn)行傅立葉變換得到半周導(dǎo)通小阻抗下電流14，/4=[/二芯，……/t]和電 壓 υ4，=[0: "··々::，.··<，
[0036] 其中下標(biāo)1^代表頻率，11 = 1，2,3"_1'^=25;11^為全周導(dǎo)通下的電流14在頻率11；1；'下 的分量;Unf為全周導(dǎo)通下的電壓U4在頻率nf下的分量；
[0037]數(shù)據(jù)處理器CPU計(jì)算出降壓變壓器ST原邊也即所在供電區(qū)段的牽引供電系統(tǒng)在頻 率nf的阻抗值Z' nf:
，其中K2為降壓變壓器ST的變比的 平方；進(jìn)而得到所在供電區(qū)段的牽引供電系統(tǒng)的頻域阻抗2^，2^=[2^2^，... 2^， ...zNf]，頻域阻抗Znf中的最大值即為諧振阻抗，諧振阻抗對應(yīng)的頻率即為諧振頻率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種牽引供電系統(tǒng)諧波阻抗測量裝置，其組成是： 降壓變壓器(ST)的原邊線圈的兩端分別與供電區(qū)段的接觸網(wǎng)（CW)和鋼軌(R)相連，次 邊線圈上串接電流傳感器(TA)，次邊線圈的兩端并接電壓傳感器(TV);電流傳感器(TA)和 電壓傳感器(TV)的輸出端均與數(shù)據(jù)處理器(CPU)相連;次邊線圈的兩端還與諧波電流源注 入裝置的兩輸出端相連;其中，諧波電流源注入裝置的具體構(gòu)成是： 橋式整流電路(Z)的一交流端直接作為諧波電流源注入裝置的一輸出端，橋式整流電 路(Z)的另一交流端串接二極管(D)的負(fù)極，二極管(D)的正極作為諧波電流源注入裝置的 另一輸出端;二極管(D)的正負(fù)極之間連接開關(guān)(S1);橋式整流電路(Z)的兩直流端并聯(lián)一 個電容(C)，電阻一(R1)與電阻二(R2)串聯(lián)后并聯(lián)于橋式整流電路(Z)的兩直流端，電阻二 (R2)上并聯(lián)開關(guān)二(S2)。
【文檔編號】G01R27/14GK205643520SQ201620292999
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】胡海濤, 張權(quán), 何正友, 馬曉蘭
【申請人】西南交通大學(xué)