因?yàn)殡姼猩系碾妷汉碗娙萆系碾妷悍��?hào)相反,且電容是線性的,即和IC的關(guān)系是一條直線,即UC=f(I)。由圖二可知,當(dāng)ωL>1/ωC,即UL>UC時(shí),電路中的電流呈感性;但隨著電流的增大,鐵芯飽和,電感降低,兩條伏安特性相交,達(dá)到諧振點(diǎn);電流再增加,UC>UL,電路中電流變?yōu)槿菪�。由電路元件上的壓降與電源電勢(shì)的平衡關(guān)系可得:E=UL-UC以上平衡時(shí)可用電壓降總和的絕對(duì)值ΔU來表示,即E=ΔU=∣UL-UC∣可做出ΔU與I的關(guān)系曲線ΔU=f(I),如圖二。電勢(shì)E與ΔU相交,就是滿足上述方程的點(diǎn)。由圖二可以看出,有a1、a2、a3三個(gè)平衡點(diǎn)。但這三點(diǎn)并不都是穩(wěn)定的。研究某一點(diǎn)是否穩(wěn)定,可先假定回路中有一微小的擾動(dòng),分析此擾動(dòng)是否能使回路脫離該點(diǎn)。例如a1點(diǎn),若回路中電流稍有增加,出現(xiàn)ΔU>E,即電壓降大于電勢(shì),則外加電勢(shì)迫使回路電流減小,回到a1點(diǎn)。反之,若回路電流稍有減小,ΔU<E,電壓降小于電勢(shì),則外加電勢(shì)迫使回路電流增大,同樣回到a1點(diǎn)。因此a1點(diǎn)是穩(wěn)定的。用同樣的方法分析a2,a3點(diǎn),即可發(fā)現(xiàn)a3點(diǎn)是穩(wěn)定的,a2點(diǎn)是不穩(wěn)定的。

同時(shí),從圖中可以看出,當(dāng)電勢(shì)較小時(shí),回路有兩個(gè)可能的工作點(diǎn)a1,a3,而當(dāng)E超過一定值以后,可能只有一個(gè)工作點(diǎn)。當(dāng)有兩個(gè)工作點(diǎn)時(shí),若電源電勢(shì)是逐漸上升的,則只能工作在非諧振工作點(diǎn)a1。為了能建立穩(wěn)定的諧振點(diǎn)a3,回路必須經(jīng)過強(qiáng)烈的擾動(dòng)過程,這種經(jīng)過過渡過程建立的諧振現(xiàn)象謂之鐵磁諧振的“激發(fā)”。而且一旦“激發(fā)”起來以后,諧振狀態(tài)就可以保持很長時(shí)間,不會(huì)衰減,直至絕緣擊穿、設(shè)備損壞,破壞諧振條件為止。這里的激發(fā)因素就是等效的高頻開關(guān)KH。

以電壓互感器為例�；�頻時(shí),按照二次負(fù)荷50%計(jì)算,S=10VA,"!所以X=250002/10=62.5MΩ,在擾動(dòng)條件下,感抗將有從62.5MΩ往小變化的趨勢(shì)。虢鎮(zhèn)牽引變電所并電容采用兩串五并,基頻時(shí)每組容抗Xc=636Ω。若忽略可變電容Cb和可變電阻R,諧振前,62.5MΩ>636Ω,即符合諧振條件ωL>1/ωC,若在擾動(dòng)條件下,某一時(shí)刻達(dá)到ωL=1/ωC,電路將發(fā)生諧振。

實(shí)際上,由于鐵磁元件的變頻作用,即使防止了基波諧振,也可能產(chǎn)生高次諧波或分次諧波諧振。此類諧振機(jī)理非常復(fù)雜,目前只能根據(jù)電路方程求得近似解和判斷解的穩(wěn)定性,以便從理論上認(rèn)識(shí)非線性諧振的出現(xiàn)、存在及其特征。也就是說,只能做定性分析,很難做出定量分析。根據(jù)過電壓的特點(diǎn)對(duì)電路進(jìn)行綜合考慮后,先假定符合鐵磁諧振條件,然后再破壞諧振條件。若過電壓消失,說明假設(shè)條件正確,即先理論分析,再實(shí)踐驗(yàn)證。

2.2.4電氣化鐵路負(fù)荷的特點(diǎn)

由于單相負(fù)荷的特點(diǎn),牽引供電系統(tǒng)正常的工作狀態(tài)即處于可能諧振的狀態(tài),如嚴(yán)重的不同期操作(兩條饋線上的機(jī)車不同時(shí)合閘或不同時(shí)有負(fù)荷),非全相運(yùn)行(一相饋線停電或無機(jī)車負(fù)荷);而且擾動(dòng)條件經(jīng)常存在,如受電弓離線;機(jī)車的壓互或變壓器均是鐵芯電感元件等。

2.2.5對(duì)電力機(jī)車幾種運(yùn)行情況的綜合分析

(1)電力機(jī)車斷電過分相:當(dāng)SS4型機(jī)車斷電過分相時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過電壓,而SS7型機(jī)車要產(chǎn)生過電壓,其根源是電壓互感器接在主斷路器之前。

(2)電力機(jī)車帶電過分相(機(jī)車負(fù)荷降為零):由于變壓器、電壓互感器相當(dāng)于空載運(yùn)行,在擾動(dòng)條件,均有可能產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓。

(3)電力機(jī)車帶電過分相(機(jī)車負(fù)荷未降為零):有功負(fù)荷是阻尼振蕩和限制諧振過電壓的有利因素,根據(jù)鐵磁諧振回路的損耗電阻小于臨界電阻值的諧振條件,會(huì)產(chǎn)生諧振,但次數(shù)要明顯減少。

(4)根據(jù)跳閘情況分析,過電壓造成的機(jī)車故障遠(yuǎn)多于接觸網(wǎng),而且沒有造成機(jī)車故障的過電壓次數(shù)更多(機(jī)車上可以看到電壓表猛然上升),這些沒有造成絕緣事故的過電壓,由于累積效應(yīng),對(duì)機(jī)車設(shè)備的絕緣同樣具有危害,如果放電間隙燒傷間隙變大時(shí),極有可能造成機(jī)車避雷器損壞、爆炸、支持絕緣子擊穿、電壓互感器甚至變壓器燒壞。

綜上所述,這種跳閘是在機(jī)車受電弓與接觸網(wǎng)多次分、合的擾動(dòng)條件下,電力機(jī)車的鐵芯電感元件發(fā)生變化,與供電系統(tǒng)各參數(shù)在特定條件下匹配而發(fā)生鐵磁(非線性)諧振過電壓所引起的絕緣事故。

產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因在電氣化區(qū)段普遍存在,造成過電壓是必然的。由于系統(tǒng)參數(shù)匹配的程度、鐵磁諧振過電壓的特性、過電壓使機(jī)車放電間隙、設(shè)備絕緣擊穿跳閘的概率等原因,才形成了表面上的偶發(fā)性,因此,表現(xiàn)在有些地方嚴(yán)重,有些地方相對(duì)較少。

3對(duì)策

要消除諧振過電壓的根源,必須將電力機(jī)車、接觸網(wǎng)、牽引變電所、鐵道線路等作為一個(gè)大系統(tǒng)來加以研究,然后考慮其實(shí)現(xiàn)的必要性和可能性。

3.1供電段和機(jī)務(wù)段由于過電壓造成了兩家設(shè)備的損壞,因此應(yīng)在有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)主持下,兩單位有關(guān)人員互相交換信息,共同分析,達(dá)成共識(shí),采取適當(dāng)?shù)拇胧?消除過電壓。

3.2電力機(jī)車這類過電壓是由接觸網(wǎng)的特點(diǎn)、電力機(jī)車結(jié)構(gòu)及運(yùn)行本身存在的缺陷互相疊加而引起,因此對(duì)機(jī)車改造,是目前現(xiàn)場(chǎng)投資小、見效快的最佳方案,本文推薦采取以下措施。

(1)將機(jī)車高壓電壓互感器的接線改在主斷路器后,即與SS4型機(jī)車設(shè)計(jì)接線相同;

(2)機(jī)車司機(jī)必須嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程,或加裝自動(dòng)過分相裝置,確保斷電過分相;

(3)在電力機(jī)車設(shè)計(jì)、制造或現(xiàn)場(chǎng)改造時(shí),應(yīng)選用勵(lì)磁特性較好的電磁式電壓互感器,優(yōu)先選用電容式電壓互感器;

(4)在電壓互感器的二次側(cè)加裝消諧電阻;

(5)采用跟隨性好的受電弓,減少離線次數(shù)。

3.3接觸網(wǎng)

(1)在接觸網(wǎng)分相的中性區(qū)加裝閥型避雷器,一方面作為過電壓的保護(hù),另一方面利用閥型避雷器的并聯(lián)電阻作為中性區(qū)累積電荷的放電通路,使機(jī)車進(jìn)入中性區(qū)的過渡過電壓初始值盡量降低;

(2)在分相裝置的中性區(qū)或分相附近加裝單相變壓器,二次接較小的電阻,研究其在諧振時(shí)的阻尼效果;

 (3)接觸網(wǎng)參數(shù)符合規(guī)定,減少受電弓的離線次數(shù)。

3.4牽引變電所

短時(shí)撤出并電容,用以判斷過電壓的性質(zhì);結(jié)合在機(jī)車上的試驗(yàn),在變電所進(jìn)行試驗(yàn)、測(cè)量,以便做出綜合判斷。

3.5鐵道線路線路質(zhì)量要好,減少受電弓的離線次數(shù)。

3.6其他了解供電系統(tǒng)的特性,借鑒電力系統(tǒng)在這方面的研究成果。