電氣化鐵道機車阻抗測試裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了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(jù)采集與分析系統(tǒng)DS構(gòu)成。本實用新型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(jù)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。本實用新型首次站在機車側(cè)阻抗測試的角度，為研究其關(guān)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(wǎng)”耦合系統(tǒng)阻抗不匹配引發(fā)的低頻網(wǎng)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(shù)支持。
【專利說明】
電氣化鐵道機車阻抗測試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及一種電氣化鐵道機車阻抗測試技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[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(wù)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(wǎng)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(shè)備燒毀，諧波電壓/電流幅值的持續(xù)放大、嚴(yán)重畸變，機車控制失穩(wěn)等安全事故，嚴(yán)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(wǎng)”耦合系統(tǒng)來說，機車阻抗與牽引網(wǎng)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(guān)鍵。目前牽引網(wǎng)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(jié)構(gòu)復(fù)雜、非線性元器件眾多、內(nèi)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(nèi)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(guān)技術(shù)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(wǎng)”耦合系統(tǒng)阻抗不匹配引發(fā)的低頻網(wǎng)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(shù)支持。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型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(wǎng)”耦合系統(tǒng)不穩(wěn)定問題提供技術(shù)支持。
[0005]本實用新型的技術(shù)方案是:
[0006]—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(jù)采集與分析系統(tǒng)DS構(gòu)成；多繞組變壓器MT原邊繞組接入地方電網(wǎng)1kV或35kV電壓，多繞組變壓器MT次邊繞組高壓輸出端有兩個擋位，第一擋位輸出電壓為25kV，第二擋位輸出電壓為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(wǎng)T和鋼軌R之間，用于測試接觸網(wǎng)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(wǎng)T，用于測試接觸網(wǎng)T向機車注入的電流信號；電壓/電流數(shù)據(jù)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。
[0007]實際檢測時，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(diào)節(jié)范圍是IHz?15Hz，頻率的調(diào)節(jié)步長為IHz，輸出電壓幅值的調(diào)節(jié)范圍是100V?500V，幅值的調(diào)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(diào)節(jié)范圍和調(diào)節(jié)步長也不變，但是輸出電壓的頻率調(diào)節(jié)范圍是25Hz?5000Hz，頻率的調(diào)節(jié)步長為25Hz;
[0008]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(jù)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。
[0009]本實用新型的有益效果是:
[0010]首次站在機車側(cè)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(zhǔn)確獲取機車阻抗的技術(shù)難題，可為研究機車關(guān)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(wǎng)”耦合系統(tǒng)阻抗不匹配引發(fā)的低頻網(wǎng)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(shù)支持。同時該阻抗測試設(shè)備也可用于新型機車設(shè)計階段，為新型機車的阻尼優(yōu)化設(shè)計提供參考數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0011]圖1為電氣化鐵道機車阻抗測試裝置構(gòu)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】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步闡述:
[0013]本實用新型電氣化鐵道機車阻抗測試裝置的構(gòu)成原理為:該測試裝置構(gòu)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(jù)采集與分析系統(tǒng)DS構(gòu)成；多繞組變壓器MT原邊繞組接入地方電網(wǎng)1kV或35kV電壓，多繞組變壓器MT次邊繞組高壓輸出端有兩個擋位，第一擋位輸出電壓為25kV，第二擋位輸出電壓為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(wǎng)T和鋼軌R之間，用于測試接觸網(wǎng)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(wǎng)T，用于測試接觸網(wǎng)T向機車注入的電流信號；電壓/電流數(shù)據(jù)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。
[0014]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(diào)制出一個頻率可控，幅值可調(diào)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(wǎng)T和鋼軌R之間的電壓U1和向機車注入的電流I1。然后，調(diào)節(jié)多繞組變壓器MT次邊繞組高壓輸出端擋位，使得接觸網(wǎng)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AU =U1-U2，電流波動量△ I = I1-12，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。
[0015]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(jié)構(gòu)，其中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(diào)節(jié)范圍是25Hz?5000Hz，頻率的調(diào)節(jié)步長為25Hz，輸出電壓幅值的調(diào)節(jié)范圍是10V?500V，幅值的調(diào)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(jié)構(gòu)，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(diào)節(jié)范圍是IHz?15Hz，頻率的調(diào)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(wǎng)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(wǎng)25kV電壓等級下完成第一次機車阻抗測試后，將接觸網(wǎng)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(jié)果，當(dāng)結(jié)果相差不大時取兩次測試結(jié)果的平均值作為最終的機車阻抗測試結(jié)果，若結(jié)果相差較大，則需重新調(diào)試設(shè)備，再次進行測試。
【主權(quán)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(jù)采集與分析系統(tǒng)DS構(gòu)成；多繞組變壓器MT原邊繞組接入地方電網(wǎng)1kV或35kV電壓，多繞組變壓器MT次邊繞組高壓輸出端有兩個擋位，第一擋位輸出電壓為25kV，第二擋位輸出電壓為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(wǎng)T和鋼軌R之間，用于測試接觸網(wǎng)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(wǎng)T，用于測試接觸網(wǎng)T向機車注入的電流信號；電壓/電流數(shù)據(jù)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。
【文檔編號】G01R27/08GK205620471SQ201620243269
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月28日
【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(xué)