电动车组谐波评判方式简析

黄　金， 王志峰

(中国铁道科学研究院　机车车辆研究所， 北京 100081)



电动车组谐波评判方式简析

黄金， 王志峰

(中国铁道科学研究院机车车辆研究所， 北京 100081)

电气化铁路牵引供电系统谐波及其评判标准一直是电力和铁路部门关注的问题。电动车组及电力机车为主要谐波源，对其评判仍没有明确的标准进行规定。本文对国内外供电系统的谐波评判标准和方法进行了简单介绍，同时结合动车组实测网侧谐波，对电动车组网侧谐波评判方式提出了相关建议。

电动车组，;谐波; 评判方式

关于电气化铁道谐波标准，一直是电力和铁道两个部门争论的焦点。目前，我国更多的采用GB/T 14549-1993《电能质量 公用电网谐波》作为电气化铁道谐波评判标准。该标准结合中国国情，在吸收国外谐波标准研究成果的基础上提出，于1994年3月实施。目前来说电气化铁路作为国家电网的用户，谐波发射水平应严格遵循GB/T 14549的相关标准：110 kV高压电网谐波电压限值标准为2.0%[1]。然而该标准考核对象为电力系统公共接入点(PCC)，对电气化铁道来说即为牵引变电所110 kV侧。限制110 kV侧的谐波不仅可以限制用户列车的谐波，还可以在牵引变电所增加补偿装置或谐波抑制装置。然而，动车组及电力机车始终是电气化铁道谐波的源头，根治谐波还得从源头抓起。对动车组或电力机车来说，没有任何谐波标准对其进行约束，唯一相关标准为TB/T 2517-1995《电力机车功率因数和谐波的测试方法》标准中仅对谐波测量和等效干扰电流进行了规定，谐波发射值仍未有明确规定。导致各型动车组技术文件中对牵引变压器网侧及整车谐波电流规定各不相同，不利于变电站的统一整治或增加了整治成本。因此对动车组谐波发射值进行探讨，以期得出结论为标准化动车组谐波规定作为支撑。

1　电动车组谐波评价方式

1.1国标谐波与国际标准谐波限值规定的比较

针对电力系统的谐波限值和评判，国家标准和国际标准的规定和要求有所不同。国家标准以GB/T 14549为主要参考，国际标准以IEC 61000系列标准为主要参考。

GB/T 14549-1993中没有细分奇次谐波电压，而是对不同电压等级下各次谐波电流的允许值进行了规定。在电压总畸变率指标上，IEC 61000-3-6较GB/T 14549宽松。IEC 61000-3-6技术文件把奇次谐波电压分为了非3倍数和3的倍数次谐波进行考虑，更加符合电气化铁道的谐波分布特点。

IEC 61000-3-6只给出了中、高压电力系统的电压畸变限值，并没有给出电流畸变限值，因此评估用户谐波水平仅使用电压畸变限值，谐波电流不单独考核。但IEC 61000-3-6也认为“即使其目的在于限值电网中的谐波电压。最好还是规定谐波电流”，并给出用户谐波电流限值相关算法，其原则与GB/T 14549的用户谐波电流限值分配方法类似。

谐波电压是谐波电流在电网阻抗上产生的，归根结底电气化铁路上运行的动车组或电力机车是谐波源。要控制供电网中的谐波电压，保证供用电质量，限制谐波源的注入谐波电流才是根本。因此GB/T 14549规定了各级电网基准短路容量时的谐波电流允许值。电气化铁路中，动车组是一种典型的谐波源，由于其四象限变流器的工作特点，其特征次谐波为3，5，7次，一般情况下以3次谐波电流含有率最大。因此，如果以GB/T 14549谐波电流限值来评价电气化铁路，比国际标准更加严格。

1.2电动车组的谐波标准

从上文可以看到，目前对于谐波限值的规定都是针对牵引变电所侧的要求，针对谐波源电动车组仍没有明确的规定。

对于动车组网侧谐波的要求，各主机厂动车组技术条件中的规定有所不同，例如：

CRH380A：主变压器原边电流畸变率(THD)<10%。

CRH380B：一列车在额定功率时的原边电流畸变率<5%；一个变压器(一个牵引单元)额定功率时的原边电流畸变率<10%。

CRH380AL：主变压器原边电流畸变率(THD)<10%。

CRH380BL：一列车在额定功率时的原边电流畸变率<5%；一个变压器(一个牵引单元)额定功率时的原边电流畸变率<10%。

CRH380CL：一列车在额定功率时的原边电流畸变率<3%；一个变压器(一个牵引单元)额定功率时的原边电流畸变率<10%。

从各车技术文件和型式试验大纲看出，各车对牵引变压器的原边电流畸变率要求相同，均为小于10%，对于整车的要求有所不同。CRH2系列动车组由于没有总网流的监测，因此未做规定。CRH380B及CRH380BL动车组均要求小于5%。CRH380CL整车电流要求小于3%。然而不管3%或5%，对于谐波电流均没有相关标准或计算支撑该要求。按GB/T 14549的要求，注入110 kV公共接点PCC的各次谐波电流要求如表1所示。从表中可以看出，谐波电流限制值是给出了绝对值，而不是相对值，因此现阶段各型动车组技术条件中对于电流谐波限值的规定方式是不合理的。

表1　注入110 kV公共联接点的谐波电流允许值

谐波电流标准并不是独立的，它由谐波电压限值除以谐波阻抗得到，因此谐波电流与谐波电压理论上存在对应关系。但由于对3次和3的奇倍数次谐波电流乘以系数0.6，牵引负荷阻抗特性非线性，因此实际上谐波电流和谐波电压不是完全对应的。即各次谐波电流未超标不等于谐波电压不超标。但是国家及国际标准均未对用户端口处的谐波电压限值进行规定，电气化铁路的谐波源作为电流源，为了保证变电站总谐波电压的不超标，保证动车组各次谐波电流不会超标是首先要满足的。基准短路容量下，各次谐波电流限值参照表1的要求。

以A型、B型动车组实测满功率谐波为例，如表2、表3所示。A型动车组各次谐波电流测试结果超过GB/T 14549要求，反应到变电站110 kV侧谐波电压也存在超标的可能。B型动车组各次谐波电流测试结果满足GB/T 14549的要求，但仍需监测变电站处的谐波电压值。

表2　A型动车组网侧谐波测试结果(满功率)

表3　B型动车组网侧谐波测试结果(满功率)

由此可见，在目前国标没有规定如何分配用户谐波电压限值的情况下，同时监测动车组端口处的谐波电流和变电站处的谐波电压对牵引供电系统能否满足国家标准显得十分重要。动车组设计时，网侧各次谐波值首先不得超过国家标准对电流限值的要求。另外，IEC 6100-3-6技术文件详细制定了用户谐波电压限值计算方法，其原则与谐波国标的用户谐波电流限值分配方法类似，但由于动车组谐波源为电流源，因此无法区分谐波源和背景谐波各自的影响，由此可见，不管国家标准还是国际标准，对于动车组端口处的谐波电压值测试方式及评价并没有合适的标准可依。

2　结论及建议

在目前国标没有规定如何分配用户谐波电压限值的情况下，同时监测动车组端口处的谐波电流和变电站处的谐波电压对牵引供电系统谐波能否满足国家标准显得十分重要。由于动车组谐波源为电流源，因此无法区分谐波源和背景谐波各自的影响，不管国家标准还是国际标准，对于动车组端口处的谐波电压值测试方式及评价并没有合适的标准可依。因此考虑到目前动车组运用情况及谐波分布特点，只能依照GB/T 14549 对牵引变电站电压限值及谐波电流注入限值的要求对动车组谐波电流进行规范，对动车组网流谐波从严要求，优化控制。

[1]GB/T 14549-1993电能质量 公用电网谐波[S].

[2]TB/T 2517-1995 电力机车功率因数和谐波源测试方法[S].

[3]ICE 6100-3-6电力机车功率因数和谐波源测试方法[S].

Brief Analysis of Harmonic Evaluation Methods for EMU

HUANGJin，WANGZhifeng

(Locomotive&Car Research Institute， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081)

The harmonics of the electrified railway power supply system has been a big issue of concern by electricity and railway departments. As the main harmonic source, there is still no definite standard requirements for the harmonic evaluation criteria of EMU and electric locomotive. In this paper, harmonic evaluation criteria and methods for power supply system is made a brief introduction. Combined with the measured EMU harmonics, some relevant proposals is put forward for the harmonic evaluation methods.

EMU; harmonic; evaluation methods

1008-7842 (2016) 04-0103-03

U264.3+7

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.04.26

男，助理研究员(

2015-12-18)