Increasing the operating life of power transformer winding insulation when upgrading 25-kV alternating current traction substations

Upgrading the traction power supply is an important task in developing railway power engineering. The Russian railway transport development strategy envisions updating power supply equipment, including the reconstruction of 763 traction substations, which will be very expensive. Power transformers are the main, and most expensive, apparatuses in traction substations. They account for more than 50% of the cost of substation equipment. Steps in increasing the operating life of power traction substations during upgrading the ac traction substations are described in the present article. Substation upgrading involves up-to-date equipment and technologies. The decision to replace or further use existing substation power transformers is primarily based on data on the real condition of transformers. The 25 kV alternating current power transformers traction substations operate with the high unbalanced current of windings. The current of the most loaded winding can possess double magnitude of currents in other windings, while the losses of windings differ by four times. A qualitative analysis of transformer operating life based on insulation wear for three traction substations is presented. The winding with maximum insulation wear is assessed on the basis of power consumption. In order to extend the operating life, windings need to be connected to neutral links of a traction substation.     

同相牵引供电系统中无锁相环的电流检测方法研究

为了实时准确的补偿同相铁路负载侧的基波无功电流与谐波电流,使三相电源侧的功率因数为1,从而达到三相平衡。传统的方法是利用三角函数正交特性,用加法器,乘法器,积分器,锁相环来实现基波有功电流与无功电流的检测。虽能避免大量的矩阵与反矩阵的运算,使整个电路成本变低,易于实现,但由于单相锁相环特有的相位延时,使得在锁定电压会产生初期的相位偏差,加上低通滤波器固有的延时,严重影响了电流检测的动态性能。基于上述问题,考虑到均值滤波器特有的快速响应性能,文章提出一种基于Scott平衡变压器同相牵引供电模型下的负载基波有功电流与基波无功电流的改良检测方法,用均值滤波器来替代传统的低通滤波器与单相锁相环来锁定被测电压的相位与频率,从而使检测的基波有功与无功电流更加的准确,理论分析与仿真验证了该方法的可行性与优越性。     

Energy effectiveness and electromagnetic compatibility of DC traction power supply systems with 24-kV grid voltage

A new DC traction power supply system is advanced with a grid voltage of 24 kV, which would enable one to reduce significantly the distance between substations, the power grid wire cross section, and the power losses in supplying devices. This makes the new system superior to the AC traction power supply systems taken together with the absence of the supply voltage asymmetry, weaker electromagnetic influence and induction losses.     

新型同相牵引供电系统主电路参数设计的研究

基于有源滤波器的平衡变换装置是新型同相牵引供电系统的核心,直流侧储能电容和交流侧滤波电感是平衡变换装置的两个关键参数.电感滤除网侧谐波,电容稳定直流侧电压,更为重要的是这两个参数影响整个系统的动态响应.利用平衡变换装置各部分之间的电压、电流和能量关系,提出了基于有源滤波器的平衡变换装置主电路参数设计方法,建立了滤波电感取值的数学模型,编写了一套参数计算程序,且采用MATLAB软件搭建仿真模型,验证了其参数设计方法的合理性.     

一种新型同相牵引供电系统均流性能研究

研究基于三相-单相变换器的同相牵引供电系统的均流性能。该系统可以完全取消牵引网电分相装置,在牵引网和电网间可以直接进行有功传递,极大改善了电能质量,是一种理想的同相牵引供电系统。建立了该系统的两变电所并网模型与牵引网阻抗模型,分析了系统环流特性和下垂特性,得出该系统具有下垂外特性,可以运用下垂控制实现多个变换器并联运行,并实现系统均流控制,在此基础上给出了该系统的并网控制方法。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

25Hz电源系统的研制

本文详细介绍了２５Ｈｚ静止变电源系统构成、控制原理,实验证明系统具有良好的性能。最后给出了样机试验结果。     

基于V型接线的同相牵引供电系统

针对电气化铁道牵引供电系统存在大量的负序、谐波、无功,以及相邻供电区段分相绝缘器引起的列车速度和牵引力损失等问题,基于既有V型接线牵引供电系统,提出了一套同相供电系统的改造方案。在分析综合补偿原理的基础上,提出基于无锁相环的电流检测方法,建立综合潮流控制器容量模型及电能质量模型,并采用双向互补瞬时比较PWM控制策略。多重化主电路结构及满意优化补偿控制策略的提出,改善了系统的技术经济性。理论推导和仿真结果验证了方案的正确性与可行性。     

光伏接入牵引供电系统对电能质量的影响

提出将光伏系统作为牵引负荷电源之一,与电力系统共同给牵引负荷供电的方案。光伏系统在27.5k V侧接入牵引供电系统,分析牵引负荷特性和光伏系统输出特性,推导计算光伏系统接入前、后对电力系统侧电能质量的影响;针对不同工况对光伏接入后电能质量的影响进行仿真分析,基于实测负荷数据对光伏系统接入前、后电能质量的影响进行验证。结果表明:所研究的光伏接入方案对电力系统侧三相电压不平衡度不产生影响,对三相谐波畸变率以及功率因数的影响与接入光伏系统的大小有关。     

基于YN-vd接线变压器的新型同相牵引供电系统

提出了由一种YN-vd接线平衡变压器和平衡变换装置BCD(Balance Converting Device)构成的铁道牵引系统同相供电方案.平衡变换装置由2个电压型单相有源滤波器构成,用以补偿负载的无功和谐波电流,以及变压器2个副边绕组的不平衡电流.无论牵引负载的性质及负荷的分布情况如何,经过变换之后,变压器的输入侧都表现为三相对称的纯阻性负载.分析了系统的结构和工作过程,提出了单相有源滤波器的状态优化控制方法.以一列满载运行的机车为对象,进行了供电系统的软件仿真研究,仿真结果证实了系统结构和控制方法的正确性.     

贯通式同相AT牵引供电系统牵引网边界频率特性研究

分析贯通式同相自耦变压器(AT)牵引供电系统及由牵引变电所出口处电容和区外一段接触线构成的牵引网边界频域特性,分析牵引网及边界对高频暂态信号的衰减作用及故障位置对保护安装处检测到的高频暂态信号的影响.研究结果表明,在现行贯通式同相AT牵引供电系统中,牵引网对高频暂态量的衰减作用小于边界对其的衰减作用;保护安装点检测到的...     

地铁直流牵引供电系统整流机组的仿真分析

地铁列车牵引直流电动机广泛使用24脉波整流机组提供的直流电源。本文分析了24脉波整流机组的工作原理,并利用MATLAB中的SIMULINK对24脉波整流机组进行了仿真分析,用傅里叶级数分析了交直流侧电流谐波。结果表明：采用24脉波整流机组,电流谐波含量大大降低,减少了对电网的污染,同时输出直流电压的纹波系数较小,从而体现了在地铁直流牵引供电系统中采用24脉波整流机组的优越性。     

考虑滤波器的牵引供电系统谐波模型及应用

高速铁路系统中的交-直机车和交直交机车混跑产生的高次谐波可能会引起牵引网谐振和谐波电流放大,影响高速铁路高速、重载的发展。针对目前高速铁路中的高次谐波谐振和谐波电流放大现象,对谐波电流的放大倍数进行理论推导。首次从数学公式方面推导了考虑滤波器在内的牵引供电系统的谐波模型。基于此模型以牵引网的谐波总畸变率为优化标准,10%畸变率为优化目标,对牵引供电系统中新型阻波高通滤波器接入在首端和末端的参数选择进行优化,提出一种有效选取滤波器参数的方法。研究结果表明滤波器电阻值选取较小时,对滤波器容量的要求越大。     

牵引供电系统车网高次谐波耦合的研究

基于对交-直型机车与交-直-交型机车谐波特性的分析,对车网系统之间的耦合作用机理进行了阐述,研究了网侧电压谐波对交-直-交型机车变流器的作用机理,并以单线直供牵引网为例绘制了系统谐波阻抗波形图.建立了高次谐波车网系统仿真模型,利用仿真手段对车网耦合作用机理进行了深入研究和验证.得出的结论对今后研究及治理车网高次谐波耦合现象可起到重要的参考作用.     

静止无功发生器在牵引供电系统中的分析

针对电气化铁路中存在的无功、谐波和负序等严重影响电能质量的问题,研究静止无功发生器(SVG)在牵引供电系统中的综合补偿作用.分析了SVG装置对牵引负荷的综合补偿原理,并提出了三相系统补偿电流的检测方法和综合补偿的控制算法,再结合我国路某一铁路牵引变电所的运行数据进行仿真分析,结果表明:SVG具有控制灵活、调节速度快、调节范围广、连接电抗小、谐波量小等优点,能够有效治理电铁中存在的电能质量问题.     

同相牵引供电系统控制策略研究及仿真分析

针对电气化铁道的谐波、无功、负序及电分相等问题,讨论了采用Scott平衡变压器与综合潮流控制器(IPFC)构成的同相供电系统。提出IPFC直流侧电压PI均值前馈控制策略,可准确控制变压器副边电流幅值均衡,实现系统负序的完全补偿。为改善传统控制方法谐波含量高、直流侧电压波动大的不足,提出直流侧电流均值前馈控制策略。所提方法使系统具有良好的动态特性、稳定性及较小的稳态误差,且在牵引和再生制动工况下均适用。仿真分析验证了所提方法的有效性与正确性。     

An automated monitoring system as an instrument of lean production of a traction power supply system

Issues of using an automated monitoring system for implementation of the principles of lean production in the traction power supply system of Russian railways are considered. As a result of analysis of the operational efficiency of existing systems of monitoring of railway infrastructure facilities from the point of view of the principles of lean production, unused capabilities of the monitoring systems were revealed. It is suggested to take advantage of these unused capabilities independently or in combination with other components. The efficiency of application of the suggested solutions is proven due to reduction of time for repair work, an increase in overhaul periods, an increase of reliability of the traction power supply system, and making the work time more effective of the maintenance personnel. The necessity of combining the principles of lean production is justified not only with the information monitoring systems, but with other modern management approaches and practices. Use of lean production technologies will permit reduction in the time for repair works, an increase in the overhaul periods, an increase in the reliability of the traction power supply systems, an increase in the efficiency of the work time of maintenance personnel. It can be expected that it will lead to a significant decrease in the range of repair work (will exclude the repair of units without defects) and an increase in the overhaul period. As a result, lean production will permit using smoothly not only the information monitoring system, but also other modern management approaches and practices.     

车网耦合的牵引供电系统谐波仿真分析

牵引供电系统是电力系统重要负荷,也是电力系统主要的谐波源之一。在研究牵引供电系统谐波传输特性和谐波对电力系统的影响时往往对牵引供电系统模型进行一定的简化,虽然具有一定的合理性,但是这样分析出来的结果与实际结果相比必然存在一定的误差。针对牵引供电系统谐波分析模型不精确,利用PSCAD/EMTDC搭建了电力机车-牵引网-电网仿真模型,仿真研究了机车位置、机车数量和牵引网长度变化时牵引供电系统谐振以及电网总谐波畸变率的特性。仿真结果表明该仿真模型能更准确地分析牵引供电系统谐波特性,分析结果更加符合实际。     

城市轨道交通交直流统一的牵引供电计算

针对城轨牵引供电计算现状,即一般将交流系统等效至直流侧进行计算或者交直流侧分开迭代,简化了交直流系统的内在联系,在一定程度上影响计算的精度,探讨了一种基于整流机组模型的城轨牵引供电系统交直流统一的牵引供电计算方法,并采用改进的牛顿-拉夫逊法和高斯-赛德尔法求解,利用10节点直流牵引供电系统进行了验证。提出的交直流统一的牵引供电计算方法已成功应用在城轨牵引供电仿真系统中。     

城市轨道交通交直流统一的牵引供电计算

针对城轨牵引供电计算现状,即一般将交流系统等效至直流侧进行计算或者交直流侧分开迭代,简化了交直流系统的内在联系,在一定程度上影响计算的精度,探讨了一种基于整流机组模型的城轨牵引供电系统交直流统一的牵引供电计算方法,并采用改进的牛顿-拉夫逊法和高斯-赛德尔法求解,利用10节点直流牵引供电系统进行了验证.提出的交直流统一的牵引供电计算方法已成功应用在城轨牵引供电仿真系统中.     

电铁牵引供电系统的谐波仿真模型分析

在分析了现有牵引供电系统仿真研究的基础上,利用PSCAD/EMTDC仿真软件对电铁牵引系统进行建模,该模型由牵引变压器、电力机车、谐波检测系统构成。同时利用FFT谐波检测方法对所建模型进行测量,包括谐波总畸变率、谐波含有率。通过理论与仿真结果比较分析,验证了其正确性,且能够满足牵引供电系统的电气分析要求。