電氣化鐵道機車阻抗測試裝置及方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種電氣化鐵道機車阻抗測試技術領域。
【背景技術】
[0002]截止2015年底，全國鐵路營業(yè)里程超過12萬公里，居世界第二位，其中高速鐵路1.9萬公里，居世界第一位，保障如此大規(guī)模電氣化鐵路的安全穩(wěn)定運行任務重大。從電氣化鐵道多年的運營情況來看，鐵路現(xiàn)場頻繁報道了低頻網壓振蕩、諧波諧振、諧波不穩(wěn)定、機車控制系統(tǒng)失穩(wěn)等牽引供電系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，造成了機車牽引封鎖，保護器、避雷器等高壓設備燒毀，諧波電壓/電流幅值的持續(xù)放大、嚴重畸變，機車控制失穩(wěn)等安全事故，嚴重影響供電的可靠性及鐵路的安全運行。
[0003]對于“機車一牽引網”耦合系統(tǒng)來說，機車阻抗與牽引網阻抗的合理匹配是解決牽引供電系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的關鍵。目前牽引網阻抗計算與測試方法研究已較為完善，但是對于機車來說，由于其控制系統(tǒng)結構復雜、非線性元器件眾多、內部的控制參數(shù)、元器件參數(shù)也未知，這些因素使得很難通過理論計算得到機車的阻抗，就目前看來，國內尚未出現(xiàn)用于電氣化鐵道機車阻抗測試的專門裝置，相關技術研究也基本上是空白。因此，迫切需要通過現(xiàn)場測試的手段，測試得到實際運行機車的阻抗特性。這可為解決“機車一牽引網”耦合系統(tǒng)阻抗不匹配引發(fā)的低頻網壓振蕩、諧波諧振、諧波不穩(wěn)定、機車控制系統(tǒng)失穩(wěn)等問題提供技術支持。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種電氣化鐵道機車阻抗測試裝置，該裝置能夠在鐵路現(xiàn)場測出不同型號機車的阻抗特性，從而為解決目前頻繁發(fā)生的“機車一牽引網”耦合系統(tǒng)不穩(wěn)定問題提供技術支持。
[0005]本發(fā)明的技術方案是:一種電氣化鐵道機車阻抗測試裝置，由多繞組變壓器MT、交直交變壓變頻裝置VVVF、電壓傳感器TV、電流傳感器TA、電壓/電流數(shù)據采集與分析系統(tǒng)DS構成；多繞組變壓器MT原邊繞組接入地方電網1kV或35kV電壓，多繞組變壓器MT次邊繞組高壓輸出端有兩個檔位，第一檔位輸出電壓為25kV，第二檔位輸出電壓為27.5kV;多繞組變壓器MT次邊繞組500V輸出端連接交直交變壓變頻裝置VVVF后與25kV或27.5kV輸出端串聯(lián)，共同為機車供電；電壓傳感器TV連接在接觸網T和鋼軌R之間，用于測試接觸網T和鋼軌R之間的電壓信號，電流傳感器TA串聯(lián)接入接觸網T，用于測試接觸網T向機車注入的電流信號；電壓/電流數(shù)據采集與分析系統(tǒng)DS接收電壓傳感器(TV)輸出的電壓信號和電流傳感器TA輸出的電流信號，完成機車阻抗計算。
[0006]本發(fā)明的目的還在于，為上述裝置提供一種電氣化鐵道機車阻抗測試方法。
[0007]采用的手段為:一種電氣化鐵道機車阻抗測試方法:機車阻抗測試分為低頻段阻抗測試和高頻段阻抗測試兩種工況，對于低頻段的機車阻抗測試，交直交變壓變頻裝置VWF輸入電壓為交流500V/50HZ，輸出電壓的頻率調節(jié)范圍是IHz?15Hz，頻率的調節(jié)步長為IHz，輸出電壓幅值的調節(jié)范圍是10V?500V，幅值的調節(jié)步長為100V;對于高頻段的機車阻抗測試，交直交變壓變頻裝置VVVF輸入電壓保持不變，輸出電壓的幅值調節(jié)范圍和調節(jié)步長也不變，但是輸出電壓的頻率調節(jié)范圍是25Hz?5000Hz，頻率的調節(jié)步長為25Hz;
在每種工況的測試中均采用波動量法抑制系統(tǒng)背景諧波對機車阻抗的影響，通過改變多繞組變壓器MT次邊繞組高壓輸出端輸出電壓來作為系統(tǒng)擾動，根據發(fā)生擾動時電壓、電流的波動量來計算不同頻率下機車的阻抗。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:首次站在機車側阻抗測試的角度，通過對實際運行機車阻抗測試，解決了利用仿真/理論計算無法準確獲取機車阻抗的技術難題，可為研究機車關鍵固有屬性一阻抗特性提供新的視角，進一步的為解決目前頻繁發(fā)生的“機車一牽引網”耦合系統(tǒng)阻抗不匹配引發(fā)的低頻網壓振蕩、諧波諧振、諧波不穩(wěn)定、機車控制系統(tǒng)失穩(wěn)等問題提供技術支持。同時該阻抗測試設備也可用于新型機車設計階段，為新型機車的阻尼優(yōu)化設計提供參考數(shù)據。
【附圖說明】
[0009]圖1(a)?圖1(b)為電氣化鐵道機車阻抗測試裝置構成圖。其中，圖1(a)表示測試裝置用于測試高頻段的機車阻抗，圖1(b)表示測試裝置用于測試低頻段的機車阻抗。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步闡述。
[0011]本發(fā)明電氣化鐵道機車阻抗測試裝置的構成原理為:該測試裝置構成原理如圖1所示，它由多繞組變壓器MT、交直交變壓變頻裝置VVVF、電壓傳感器TV、電流傳感器TA、電壓/電流數(shù)據采集與分析系統(tǒng)DS構成；多繞組變壓器MT原邊繞組接入地方電網1kV或35kV電壓，多繞組變壓器MT次邊繞組高壓輸出端有兩個檔位，第一檔位輸出電壓為25kV，第二檔位輸出電壓為27.5kV;多繞組變壓器MT次邊繞組500V輸出端連接交直交變壓變頻裝置VVVF后與25kV或27.5kV輸出端串聯(lián)，共同為機車供電；電壓傳感器TV連接在接觸網T和鋼軌R之間，用于測試接觸網T和鋼軌R之間的電壓信號，電流傳感器(TA)串聯(lián)接入接觸網T，用于測試接觸網T向機車注入的電流信號；電壓/電流數(shù)據采集與分析系統(tǒng)DS接收電壓傳感器TV輸出的電壓信號和電流傳感器TA輸出的電流信號，完成機車阻抗計算。
[0012]電氣化鐵道機車阻抗測試裝置的工作原理為:該測試裝置通過交直交變壓變頻裝置VVVF調制出一個頻率可控，幅值可調的電壓，作為機車阻抗測試的激勵。電壓傳感器TV、電流傳感器TA采樣測出接觸網T和鋼軌R之間的電壓U1和向機車注入的電流I1。然后，調節(jié)多繞組變壓器MT次邊繞組高壓輸出端檔位，使得接觸網T電壓等級從25kV升高至27.5kV，此時電壓、電流會發(fā)生波動，通過檢測裝置測出波動后的電壓U2和電流12，令電壓波動量，電流波動量，再通過傅立葉變換得到頻域電壓和頻域電流的波動量，用頻域電壓波動量除以頻域電流波動量，即可計算出不同頻率下的機車阻抗，該方法有效抑制了系統(tǒng)背景諧波的干擾。
[0013]電氣化鐵道機車阻抗測試裝置的測試工況為:可分為高頻段阻抗測試和低頻段阻抗測試兩種工況，對于高頻段的機車阻抗測試，采用圖1(a)的結構，其中交直交變壓變頻裝置WVF輸入電壓為交流500V/50HZ，輸出電壓的頻率調節(jié)范圍是25Hz?5000Hz，頻率的調節(jié)步長為25Hz，輸出電壓幅值的調節(jié)范圍是100V?500V，幅值的調節(jié)步長為100V。而對于低頻段的機車阻抗測試，采用圖1(b)的結構，其與高頻段阻抗測試裝置的區(qū)別在于:交直交變壓變頻裝置VVVF輸出電壓的頻率調節(jié)范圍是IHz?15Hz，頻率的調節(jié)步長為IHz，其余測試裝置和測試方法不變。同時，為了減小牽引網線路阻抗對機車阻抗的干擾，要求測試中機車與變壓器的距離盡可能小。此外，為提高測試精度，要求進行兩次機車阻抗測試。即在接觸網25kV電壓等級下完成第一次機車阻抗測試后，將接觸網電壓等級升高至27.5kV，其余工況不變，對機車進行第二次阻抗測試，觀察兩次機車阻抗測試結果，當結果相差不大時取兩次測試結果的平均值作為最終的機車阻抗測試結果，若結果相差較大，則需重新調試設備，再次進行測試。
【主權項】
1.一種電氣化鐵道機車阻抗測試裝置，其特征在于:由多繞組變壓器MT、交直交變壓變頻裝置VVVF、電壓傳感器TV、電流傳感器TA、電壓/電流數(shù)據采集與分析系統(tǒng)DS構成；多繞組變壓器MT原邊繞組接入地方電網1kV或35kV電壓，多繞組變壓器MT次邊繞組高壓輸出端有兩個檔位，第一檔位輸出電壓為25kV，第二檔位輸出電壓為27.5kV;多繞組變壓器MT次邊繞組500V輸出端連接交直交變壓變頻裝置VVVF后與25kV或27.5kV輸出端串聯(lián)，共同為機車供電；電壓傳感器TV連接在接觸網T和鋼軌R之間，用于測試接觸網T和鋼軌R之間的電壓信號，電流傳感器TA串聯(lián)接入接觸網T，用于測試接觸網T向機車注入的電流信號；電壓/電流數(shù)據采集與分析系統(tǒng)DS接收電壓傳感器TV輸出的電壓信號和電流傳感器TA輸出的電流信號，完成機車阻抗計算。2.采用權利要求1所述裝置的一種電氣化鐵道機車阻抗測試方法，其特征在于:機車阻抗測試分為低頻段阻抗測試和高頻段阻抗測試兩種工況，對于低頻段的機車阻抗測試，交直交變壓變頻裝置VVVF輸入電壓為交流500V/50HZ，輸出電壓的頻率調節(jié)范圍是IHz?15Hz，頻率的調節(jié)步長為IHz，輸出電壓幅值的調節(jié)范圍是10V?500V，幅值的調節(jié)步長為100V;對于高頻段的機車阻抗測試，交直交變壓變頻裝置VVVF輸入電壓保持不變，輸出電壓的幅值調節(jié)范圍和調節(jié)步長也不變，但是輸出電壓的頻率調節(jié)范圍是25Hz?5000Hz，頻率的調節(jié)步長為25Hz; 在每種工況的測試中均采用波動量法抑制系統(tǒng)背景諧波對機車阻抗的影響，通過改變多繞組變壓器MT次邊繞組高壓輸出端輸出的電壓來作為系統(tǒng)擾動，根據發(fā)生擾動時電壓、電流的波動量來計算不同頻率下機車的阻抗。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電氣化鐵道機車阻抗測試裝置及方法，由多繞組變壓器MT、交直交變壓變頻裝置VVVF、電壓傳感器TV、電流傳感器TA、電壓/電流數(shù)據采集與分析系統(tǒng)DS構成。本發(fā)明測試裝置可通過改變多繞組變壓器MT次邊繞組高壓輸出端輸出的電壓來抑制系統(tǒng)背景諧波的影響，根據擾動前后測量得到的穩(wěn)態(tài)電壓、電流波形，從而利用電壓、電流的波動量來計算不同頻率下機車的阻抗。本發(fā)明首次站在機車側阻抗測試的角度，為研究其關鍵固有屬性—阻抗特性提供新的視角，進一步的為解決目前頻繁發(fā)生的“機車—牽引網”耦合系統(tǒng)阻抗不匹配引發(fā)的低頻網壓振蕩、諧波諧振、諧波不穩(wěn)定、機車控制系統(tǒng)失穩(wěn)等問題提供技術支持。
【IPC分類】G01R27/08, G01R27/16
【公開號】CN105629071
【申請?zhí)枴緾N201610184720
【發(fā)明人】胡海濤, 陶海東, 姜曉鋒, 朱曉娟
【申請人】西南交通大學
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年3月28日