基于津保线铁路高频谐振分析及抑制策略

刘晓悦　王泰达

【摘要】基于津保铁路线，对铁路线供电网络的谐振分析展开了研究，得出了谐波会受到牵引变电所等效阻抗、车组运行方位、供电臂长度等因素影响的结论。对牵引供电系统进行了MATLAB模型的搭建，对阻频特性，电流电压进行测试，通过研究谐振特性，提出优化供电系统的抑制谐振策略，抑制谐振产生，使铁路安全平稳运行。

【关键词】谐振分析谐振特性抑制谐振谐波

我国的铁路事业处于高速发展的阶段交直交型机车在铁路运营中被大量使用，此种类型的机车在运行过程中注入电网中的三，五，七次谐波含量较低，高次谐波含量注入电网含量较多，并且在这个过程中频率的分布曲线明显增加带宽。假设机车注入系统谐波使得运行中的感抗与容抗相似时，所引发的谐振会使电路中突然产生过电流，会使电路中的保护装置误操作，使设造成损失，影响正常供电，破坏系统平衡，导致铁路不能正常安全的运营。所以，要对铁路运营过程中所产生的谐振分析，以抑制其发生，提高铁路运营安全指数。

1 津保线铁路概况

天津至河北保定的铁路线位于河北省中西部地区（下文简称津保铁路线），线路从天津西郊引出，途径七站，分别为天津西站，胜芳站，霸州站，白沟站，白洋淀站，徐水站，保定站，总长157.8km，新建长度为132.9km，其运营最高速可达258km/h。

该工程在线路运输过程中起到重要作用，不单单加强了线路网的机动能力，减轻了北京枢纽的转运压力，还开拓了港口城市的发展，开启了一条大容量的运送通道，将港口城市的产品运送到河北省的腹地，大大带动了铁路线的运营范围的轻重工业，农业及旅游业的迅速崛起。

2 谐振特性

2.1相关理论

并联谐振点不会随机车移动而发生发生改变，而谐振幅度会随着机车移动而变化，过电流与过电压也会在机车移动过程中数值发生改变。当车组移动至供电臂末端的位置时，二者达到峰值；车组静止于一点不发生移动时，过电压与过电流在车网中的值是动态的，在牵引网处二者数值处于低谷，在分区所处于峰值。

采用控制变量法，假设变压器的各项参考量保持一致，改变供电臂增加其长度，会使谐振点的震动幅频出现明显下降，减少其长度，会使谐振频率升高，因为等值分布电容也会随供电臂长短变化而改变，长度减少，分布电容也会减少。

2.2实际情况分析

总结上文可知，以津保线铁路为范例，当机车运行至不同位置时，对谐振影响因素得出了高次谐波会导致供电系统振荡的结论。由于串联谐振对系统作用微乎其微，在此不作考虑。并联谐振会使谐振点产生一系列的变化，使该点及周围谐波含量上升，车组具体的运行位置以及供电网络系统具体运行参数会影响过电压与过电流的数值变化；增加或减少供电臂长度，F线与PW线纵向移动都会对谐振点产生影响。

3抑制谐振方案

综上可以得出，谐振点会和车组运行过程中产生的高次谐波的频率发生重合以至于使电网发生谐振。所以，抑制谐振策略的关键之处就在于减少或者避免二者发生重合。

基于上点，建设初期，铁路网规划的起步阶段，尽可能的计算考虑出机车网中所有的谐振点，再通过各种谐振特性分析，在供电系统正常匹配的条件下，对系统运行参数改良，避免车组运行产生的高次谐波与供电网络中的谐波频率發生重合，阻断谐振发生的必要条件，使系统能够平稳高效运行。在津保铁路线车组运行的过程中，线路中谐振频率主要范围为25至30次。因此，在和谐号1型车与和谐号2型车被选择在此线路上运行时，2型车组强于1号车组。因为1型车的频率大多数情况下为31、32、35次，会和津保铁路线内的30次谐波的谐振频率发生重合，继而导致谐振发生，使线路存在隐患。但2型车组谐波不在此范围内，能在津保铁路线上更好的运行。

总结

在铁路建设初期，尽可能考虑出车组运行过程中的所有谐振点，将供电网络进行改良，以阻断和减少谐产生的条件，使系统中的谐振减少发生概率。此种抑制谐振方式与外加滤波器相比，所达到的效果大体一致，但节省了铁路建设的成本。

【参考文献】

[1]赵文胜,罗杰,崔召华,黄军.高速铁路AT供电系统谐波谐振频率研究[J].铁道标准设计,2019,36(04):123-124.

[2]刘玉洁,盛彩飞,林飞,游小杰,郑琼林. 高速动车组网侧电流谐波特性的研究[J].电气传动，2015,31(01):12-13.

[3]李群湛,易东,贺建闽.交流电气化铁路牵引电缆供电分析[J].西南交通大学学报.2013,12(01):110-111.

[4]张文仁.高速铁路牵引供电系统谐波谐振抑制方案研究[J].北京交通大学学报.2017,12(05):106-107.

[5]张民,何正友,高仕斌.不同负荷模型下高速铁路牵引供电系统谐波谐振敏感度分析[J].电力系统保护与控制. 2015,08(20):21-22.

[6]陶海东,胡海涛,朱晓娟,杨孝伟,何正友.车网耦合下的牵引供电系统谐振不稳定机理分析[J].2019,08(08):2315-2316.

[7]许加柱,程慧婕,黄文,刘裕兴,陈治宇,安柏楠.自适应自抗扰比例积分控制下的高速铁路车网耦合系统低频振荡抑制方法[J].2018,06(14):4035-4036.

[8]王晖,吴命利.电气化铁路低频振荡研究综述[J].电工技术学报.2015,03(17):71-72.

作者简介：刘晓悦（1965-），河北唐山人，博士，教授。主要从事研究：检测与控制技术及智能装置。

王泰达，男，汉族，河北唐山，硕士，研究方向：智能技术及应用。