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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。
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摘要：本文以直流1500V双边供电的牵引变电所为例，介绍了地铁直流牵引变电所内各开关柜的保护配置，并详细阐述了主要保护的原理，如大电流脱扣保护、电流上升率保护、定时限过流保护、低电压保护、双边联跳保护、接触网热过负荷保护、框架保护等。
最后，对于目前的保护原理中存在的不足之处，本文也做了分析，如多辆列车短时间内相继启动可能会造成保护误动，小电流（尤其是有电弧的情况）短路故障与正常运行电流的区分，以及框架保护的选择性问题。 关键词：地铁 直流 保护 0 引言在我国，地铁是城市交通的重点发展方向，设备国产化又是发展的主要原则。
在地铁直流供电继电保护领域内，国产保护设备还处于起步阶段，目前，国内主要城市的地铁直流保护设备均来自国外，例如广州地铁二号线选用的是德国Siemens公司的DPU96，武汉轻轨选用的是瑞士sechron公司的SEPCOS。通过对部分国外产品的研究，笔者认为，直流保护设备的原理并不是十分复杂，功能实现在理论上也没有任何障碍，希望通过本文的抛砖引玉，在将来的不久，能够看到国产的直流保护设备在我国甚至国际成为主流。
1 一次系统简介图1显示了一个典型的牵引变电所的电气主接线图，该所将主变电所来的交流高电压（典型值：33kV）经整流机组（包括变压器及整流器）降压、整流为直流1500V，再经直流开关柜向接触网供电。我国上海和广州地铁的直流牵引供电系统均是如此，北京地铁采用的是第三轨受流器（上海和广州地铁则是架空接触网），其馈电电压为750V。
由于750V馈电电压供电距离短、杂散电流大，现在多采用1500V。图2显示的是采用双边供电的上行接触网的分区段示意图（下行亦相同），一个供电区由相邻的2个牵引变电所同时供电，这种双边供电的方式提高了供电的可靠性，同时分区段的方式使故障被隔离在某个区段以内，而不致影响其它供电区段，因而被广泛采用。
本文中所讨论的保护原理均基于1500V架空接触网双边供电方式。本篇文章来源于 毕业论文网 | 。
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50 生化过程优化控制方案设计
51 交流电动机磁场定向控制系统设计
52 开关电磁阀流量控制系统的硬件设计
53 比例电磁阀的驱动电源设计
54 交流电动机SVPWM控制系统设计
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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 1.1 负序分量对电网的影响[2] 1.1.1 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。
1.1.2 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）。 1.1.3 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。
1.1.4 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。 1.2 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。
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提供参考 电气化铁路是指以电能作为牵引动力的铁路，它用电力机车牵引列车或用电动车辆构成客运列车。
电能由电力系统通过铁路牵引变电所和架设在铁路上空的接触网传送给电力机车或电动车组。世界首条电铁建于19世纪末，百余年来，随着经济发展和技术进步，它以优越的牵引技术性能和显著的经济效益，在国际上普遍得到蓬勃的发展。
至1995年底，世界各国电气化铁路共有22.2万公里，为铁路总营业里程的20%。一些主要国家的电气化铁路概况见表1。
电气化铁路的优越性 电气化铁路是一种现代化的铁路运输工具，和目前使用的内燃、蒸汽机车牵引的铁路相比，具有技术经济上的优越性，主要是：1.能大幅度提高运输能力。由于电力机车以外部电能作动力，它不需要自带动力装置，可降低机车自重，这样，在每根轴的荷重相同的条件下，其轴功率较大，目前国内的电力机车最大为900千瓦，内燃机车为500千瓦，在相同的牵引重量时，其速度较高。
而在相同速度下，其牵引力较大。客运用的SS8型电力机车持续速度为100公里/时，而DFll型内燃机车只有65.5公里/时。
从货运机车的功率来比较，SS4型电力机车为6400千瓦，DFl0型内燃机车为3245千瓦，而前进型蒸汽机车仅为2200千瓦。由上述数字可以看出，因为电力机车的功率大，所以它的牵引力大和持续速度较高，从而大大提高了运输能力。
2.节约能源，降低运输成本。铁路运输是国家能源消耗的一个大户。
因此，牵引动力类型的选择对于合理使用能源具有重要意义。 电力牵引的动力是电能，从我国能源生产的发展来看，“八五”期间发电量增长32%，原煤增长13%，原油增长5.1%;1995年电力牵引用电量仅占全国发电量的0.64%；再以宏观的能源结构看，原油储量远少于煤炭、水力，而一些无法直接使用电能的水上、陆地和空中运输工具及移动机械却需要大量的液体燃料，因此，电力牵引是最合理的牵引动力。
电力牵引每万吨公里的能耗比其它牵引约低1/3，根据1990年全路运输业务决算报告，以每万吨公里机务成本计算，电力机车为100%，则内燃机车为136.9%，蒸汽机车为135.1%。 3.有利于保护环境，并能增加安全可*程度。
电力机车无废气、烟尘，对空气无污染，另外噪音较小，特别在通过长大隧道时，其优点更为显著，这不仅改善了司机的工作条件和旅客的舒适度，而且对铁路沿线城市、郊区的污染也减到最小程度。电力机车装有大功率的电气制动装置，可用于长大下坡的速度调整，从而可以大大提高列车运行的安全度。
电气化铁路建设概况 我国的电气化铁道建设工作始于50年代，经过充分的技术经济论证，1957年决定采用单相交流工频25千伏的牵引供电制式，当时这种制式只在法国刚投入运行，效果明显，可以说我国从一起步就跨入了世界先进制式的行列，起点是高的。我国第一条电气化铁路宝鸡至凤州段91公里在1961年正式开通，至1978年，全国共建成电气化铁路1033公里，改革开放以后，制定了以发展电力牵引为主的技术政策，并积极利用外资，引进了国外先进技术和设备，扩大基建队伍，大大加快了电气化铁路的建设速度及其技术水平的提高，从1978年至1996年共建成9000余公里电气化铁路，使总营业里程突破了一万公里大关，跃居世界第8位，建设概况见表2。
我国铁路的电化率已达18%，电力牵引完成的运量已占全国铁路总运量的25%。 在我国35年的电铁建设历程中，经过了学习前苏联建设经验、结合国情自力更生和消化吸收引进技术等三个阶段，通过广大科技工作者的艰辛奋斗，基本形成了一套兼收各国之长，又有中国特色的技术模式，现在我们已做到建设规范和标准配套、供电方式齐全、设备全部可以自给、建设能力强、检测手段先进，除了高速电铁我国尚处于起步阶段外，目前从建设能力和技术标准来进行综合评价，已接近了国际先进水平。
我国电力机车的生产始于1958年，目前生产的韶山型交直传动电力机车已基本形成系列型谱，轴式齐全，客货兼备。特别是在1994年已生产出最高时速为160公里的SS8型客运电力机车和在1996年研制成功AC4000型交流传动电力机车.表明我国电力机车生产已达到了一个新的水平。
到1995年底，已累计生产2156台。 “九五”电气化铁路建设“九五”期间，国家电气化铁路建设的规模很大，形势十分喜人，新线电气化2000公里，如南（宁）昆（明）线、西安至安康线，朔县至黄骅线等；既有线电气化4300公里，如成（都）昆（明）线、哈（尔滨）大（连）线、京广线的（北）京郑（州）段，武（昌）广（州）段、湘黔线的怀化至水城段和我国第一条准高速（160公里/时）电气化铁路广（州）深（圳）线等。
这些线路的建成将使我国的电气化铁路总里程达到约16000公里，挤身世界四大电铁国家之一。 自60年代以来，为了提高旅客列车的速度，降低成本，以适应市场经济发展的需要，增强铁路在运输市场的竞争力，修建高速铁路已在当今世界展现出强劲的态势，继日本在1964年建成世界上第一条时速为210公里的东海道新干线电铁以后，法、德、意、日、西班牙等国陆续建成了时速为250—300公里的高速电气。
6.关于电力的配电线路的论文
配电网络规划 配电网络的规划是供电企业的一项重要工作，为了获取最大的经济效益，电网规划既要保证电网安全可靠，又要保证电网经济运行，所以配电网络规划的主要任务是，在可行技术的条件下，为满足负荷发展的需求，制定可行的电网发展方案。
1 负荷预测 网络规划设计最终目的是为满足负荷需求服务的，负荷的发展状况足以影响网络发展的每个环节。网络规划的发展步骤要以负荷发展状况为依据，使用各馈线负荷数据可以掌握负荷发展情况，将过去的负荷进行分析，掌握负荷的发展规律。
要对负荷进行分析，确定最高用电负荷时间和负荷率，得出最高用电负荷时间和负荷值，这些数据是预测未来负荷的基本资料。配电网络规划可以使用两种常用的预测方法。
外推法就是基于用电区域的历史数据，假设负荷发展率是连续变化的，根据原来的负荷发展率推移以后各时期的发展状况。在一个用电区域里，初期负荷发展比较快，但土地资源逐步使用，用电负荷逐步趋于稳定，负荷发展率从大到小变化，最终负荷达到饱和或稳步发展状态。
但对于经济发展迅速的地区，负荷发展率并不是连续变化的，而是呈现跳跃式的增长，用外推法显得有一定的误差。而仿真法与外推法有互补的作用，仿真法是以用电区域每年的用电量为依据的，通过调查每个用电负荷类型和每个类型用户的数量来计算负荷预测值。
任何负荷预测方法都不可能完全准确，当掌握更新的负荷发展数据后，就必须对原有的负荷预测值进行修正。 2 确定网络的系统模型 确定网络的系统模型，包括确定网络是采用架空线路还是电缆供电，确定导线截面大小，网络接线方式，负荷转移方案，网络中有关设备的选型，网络在运行期间遇到不适应要求时应如何进行改造，系统保护功能，配网自动化规划等。
（1）在负荷分散或发展缓慢地区应使用架空线供电。在负荷密度比较大、发展迅速或基于城市环境美化建设考虑，应使用电缆供电。
（2）导线截面大小的选择确定了导线的输送容量，要选择足够大的导线保证线路满足网络规划的要求，例如：负荷发展时期，不应经常更换导线截面。在线路故障时，可以将故障线路的负荷转由临近馈线供电，而不会过负荷运行。
另外，导线截面的选择要保证线路末端电压降处于合格的范围内。在线路发生短路故障时也能承受故障电流。
所以导线截面要比最大负荷电流所需的截面大，但同时截面的选择要符合经济原则，在导线输送容量与工程投资之间作比较。 （3）具有灵活接线方式的规划，可以使供电网络最大地发挥功能。
对于架空线网络，最有效的方式，是将馈线与邻近变电所或同一个变电所的不同母线段的出线在线路末端联网，两回馈线也分别装上分段负荷开关和隔离刀闸。在其中一回馈线出现故障时，可通过分段开关将故障段隔离出来，对于电缆网络接线方式可以采用两回馈线组成互为备用网络，或采用三回馈线相互联络组成一个供电区域，其中两回带负荷，一回空载，作为两回负荷线的备用线。
馈线之间可以组成大环网，一条馈线的负荷之间也可以组成小环网，形成大环套小环的形式。在负荷密集地区还可以建设开关站，变电所与开关站通过电源线连接，再由开关站向附近负荷供电，其作用是将变电所母线延长至用电负荷附近。
（4）制定负荷转移方案的原则是减少停电范围，尽量减少停电时间。在发现回馈线发生故障时，必须尽快查找到故障点，并将故障点前后的负荷转由邻近馈线供电，以使故障点的负荷隔离出去。
（5）国内外对各种电气设备都制定了详细标准，为设备选型提供了可靠依据。作为配网规划应选用运行效益好，损耗低，可靠性高，免维护的设备。
对于开关设备应选用具备配网自动化功能，在设备中先安装配网自动化设备或者为以后发展预留空间。有些新型设备的购置费用虽然高，但运行可靠性高，故障率低，维护费用少，总体经济效益是相当理想的。
（6）配电网络规划在实施过程中随着负荷的发展状况稳定，在馈线负荷超出安全电流或没有足够的备用容量时，应该增加馈线，对用电区域的馈线正常供电范围进行调整。同时，配网规划内容也应作相应修改。
（7）为确保电网正常运行，必须建立健全的保护系统，在系统出现故障时，通过最少的操作次数将故障点隔离，保证非故障点尽早恢复用电。现在常用的系统保护方法有： ①用熔断器或过电流继电器实现过流保护，熔断器在超过熔断电流时自动熔断，迅速切断电流、保护用电设备，熔断器主要用于变压器保护。
过电流继电器用于线路保护。 ②接地故障保护用于消除接地故障，对直接接地或通过不可调阻抗接地的系统，可以把电流互感器二次绕组接到接地故障继电器上，或者把过流继电器与接地故障继电器集中使用。
对于中性点不接地系统或通过消弧线圈接地的系统，由于接地故障会造成系统电压和电流不对称，继电器可根据基本判据来确定是否控制相应的断路器动作断开。 ③单元保护，用于对系统中一个单元的保护，根据正常运行两侧电压相同的电路，流入的电流和流出的电流是相同的，通过比较两侧电流大小可以判断是否出现故障。
但是单元保护要使用通讯线路，在保护线路太长的地方，很难将数。