前言
我国幅员辽阔，资源丰富但分配不均，加上数量巨大的流动人口，使得铁路运输在中国国民经济中起着不可替代的作用。到2010年年底，我国已经通车的铁路里程超过9万公里，其中电气化铁路达2.6万公里，到2020年将达到12万公里，其中电气化铁路里程将达到60%。
目前我国给电气化铁路使用的是工频单相25kV交流电，牵引机车大多是直流牵引电动机。电气化铁路供电系统主要由牵引变压器、牵引母线和整流器组成。牵引变压器把电力系统（一般为110kV或220kV）送来的三相电转换成适合电力机车使用电压的单相交流电，整流器把单相交流电转换成直流电供直流牵引电动机使用。如图1。
图1.电气化化铁道供电原理图
牵引变把三相电变成单相电时，会造成电力系统三相不平衡，产生负序和零序电流；整流器会产生高
次谐波流入系统。所以当电气化铁路接入电力系统前有必要对接入后的在系统侧产生谐波和三相不平衡情况进行仔细分析，研究相关的对策，保证电力系统的安全稳定运行和良好的供电质量。
手工分析电力系统谐波和不平衡相当烦琐，而且容易出错，借助软件来完成这些分析可以克服这些困难。ETAP就是一款专门用于电力系统分析计算的工具，它由美国OPERATION TECHNOLOGY, INC.在1986年开发完成，经过20多年的更新换代后已经成为了全世界最流行的电力系统分析计算软件之一。在中国，江苏电力试验研究院、浙江电力科学研究院、湖南湘电试验研究院等大型电力研究部门已经使用ETAP做了大量的电气化铁路牵引供电系统接入电力系统的谐波和不平衡研究，效果不错。
在我国铁路牵引供电系统中常用的牵引变压器有单相变压器、单相VV变压器、三相VV变压器、三相YN,d11变压器、Scott变压器、YN,
变压器等。由于ETAP里没有这些牵引变压器的现成模型，分析时不能直接建立牵引系统模型，需要做一些变换处理。本文分析了常用几种牵引变的工作原理后，给出了在ETAP里分析电气化铁路接入系统后不平衡和谐波时，它们的模型的处理方案。希望能给从事电气化铁道接入系统研究的同仁们一点帮助。
2. 不平衡模型
2．1单相变压器
牵引供电系统中的单相变压器高压侧接在三相电力系统的两相母线上，如图2。它对于电力系统来说是一个两相负荷。
在ETAP里可以通过相位适配器把三相系统转换成两相系统，相别根据实际情况选择，如图3。在两相系统中接入的变压器就是单相变压器，变压器的参数和负荷数据根据实际情况填写。用这个模型ETAP可以计算出高压侧各相电流和负序电流。
图2. 单相变压器接线图
图3. 单相变压器ETAP模型
模型测试：
单相变高压侧额定电压220kV，低压侧额定电压25kV，变比K=220KV/25KV=8.8。牵引负荷取5000kVA，电流
；忽略变压器空载电流，单相变高压侧电流
。用ETAP测试结果为
；
，与手算结果一致。
2.2 单相V/v变压器
单相V/v变压器实际上是两台单相变压器作V/v连接。两台单相变压器高压侧绕组分别接在电力系统的BC相和AC相上，低压侧各有一端接在两相牵引母线上，另一端接铁轨或地网，如图4。相当于AC相和BC相各向一边供电，相当于两个两相负荷。
图4 单相V/v变接线图
在ETAP里建单相V/v变模型可以用两个单相变压器模型代替，用相位适配器分别把他们接到三相母线的AC和BC相上，如图5。为了尽量减小高压侧不平衡情况，实际系统中接入系统的相别会轮换，建模时相别选择需要根据实际情况进行，填入变压器参数和负荷数据就可以了。
图5 单相V/v变模型测试
模型测试：
取变压器高压侧额定电压220kV，低压侧额定电压27.5kV，变比K=220kV/27.5kV=8。假设两供电臂负荷一样，都为5000kVA，功率因数为0.85。
牵引臂电流：
A。高压侧电流IA=IB=
A/8=23A
由于两臂电流功率因数都一样，所以他们的角度差是60度，所以高压侧电流
IC =23A×
=40 A
ETAP计算结果如图5，IA=IB=24.3A，IC =42.1A=
IA。ETAP计算结果与手算结果吻合。
3．谐波模型
由于电气化铁路牵引负荷三相不平衡，所以他们所产生的谐波也是三相不平衡的。牵引负荷时时刻刻都在变化，牵引变电所高压侧三相电流也在不停变化，每相都有可能达到最大值。三相系统的无功补偿和滤波的设计都需要按作大最严重的情况来设计。
我国目前电气化铁路牵引变电所一般都有220kV系统供电，220kV系统上一级变压器（500kV/220kV）都是YN，y0连接的，所以也不存在三相电流重新分配的情况，即220kV系统中的最大相谐波电流折算到500kV侧后还是最大相。
综合以上两种情况，用ETAP分析牵引负荷接入系统后的谐波影响时，可以取最严重（负荷最大、谐波含量最高）相，当三相平衡的情况来分析。
谐波潮流分析首先进行一个基波时的潮流计算。基本潮流计算结果为以后谐波指数计算提供基波母线电压和支路电流。然后对每个系统中的谐波源的谐波频率进行潮流计算。计算中考虑到的是低频，如2次谐波到15次谐波，加上17次到73次的特性谐波。设备阻抗根据谐波频率和设备类型进行调节。对于三的倍数次谐波，零序阻抗根据实际频率和零序网进行调节。
在谐波负荷计算中，在母线电压和支路电流中发现谐波成份，然后计算相应的谐波指数。计算所得的THD 和IHD 和母线编辑器中用户定义的值相比较，如果超过极限，则在文本报告中谐波信息部分相关母线的旁边进行标识。
谐波潮流分析的文本输出报告显示系统输入数据，基本潮流计算结果，系统谐波信息和母线电压和支路电流列表以及所有的谐波内容。这些结果也可通过谐波潮流滑条和谐波显示选项编辑器直接在单线图中进行查看。同时，母线电压和支路电流也以图形的形式显示其波形，并可显示谐波频谱。
前言
我国幅员辽阔，资源丰富但分配不均，加上数量巨大的流动人口，使得铁路运输在中国国民经济中起着不可替代的作用。到2010年年底，我国已经通车的铁路里程超过9万公里，其中电气化铁路达2.6万公里，到2020年将达到12万公里，其中电气化铁路里程将达到60%。
目前我国给电气化铁路使用的是工频单相25kV交流电，牵引机车大多是直流牵引电动机。电气化铁路供电系统主要由牵引变压器、牵引母线和整流器组成。牵引变压器把电力系统（一般为110kV或220kV）送来的三相电转换成适合电力机车使用电压的单相交流电，整流器把单相交流电转换成直流电供直流牵引电动机使用。如图1。
图1.电气化化铁道供电原理图
牵引变把三相电变成单相电时，会造成电力系统三相不平衡，产生负序和零序电流；整流器会产生高
次谐波流入系统。所以当电气化铁路接入电力系统前有必要对接入后的在系统侧产生谐波和三相不平衡情况进行仔细分析，研究相关的对策，保证电力系统的安全稳定运行和良好的供电质量。
手工分析电力系统谐波和不平衡相当烦琐，而且容易出错，借助软件来完成这些分析可以克服这些困难。ETAP就是一款专门用于电力系统分析计算的工具，它由美国OPERATION TECHNOLOGY, INC.在1986年开发完成，经过20多年的更新换代后已经成为了全世界最流行的电力系统分析计算软件之一。在中国，江苏电力试验研究院、浙江电力科学研究院、湖南湘电试验研究院等大型电力研究部门已经使用ETAP做了大量的电气化铁路牵引供电系统接入电力系统的谐波和不平衡研究，效果不错。
在我国铁路牵引供电系统中常用的牵引变压器有单相变压器、单相VV变压器、三相VV变压器、三相YN,d11变压器、Scott变压器、YN,
变压器等。由于ETAP里没有这些牵引变压器的现成模型，分析时不能直接建立牵引系统模型，需要做一些变换处理。本文分析了常用几种牵引变的工作原理后，给出了在ETAP里分析电气化铁路接入系统后不平衡和谐波时，它们的模型的处理方案。希望能给从事电气化铁道接入系统研究的同仁们一点帮助。
2. 不平衡模型
2．1单相变压器
牵引供电系统中的单相变压器高压侧接在三相电力系统的两相母线上，如图2。它对于电力系统来说是一个两相负荷。
在ETAP里可以通过相位适配器把三相系统转换成两相系统，相别根据实际情况选择，如图3。在两相系统中接入的变压器就是单相变压器，变压器的参数和负荷数据根据实际情况填写。用这个模型ETAP可以计算出高压侧各相电流和负序电流。
图2. 单相变压器接线图
图3. 单相变压器ETAP模型
模型测试：
单相变高压侧额定电压220kV，低压侧额定电压25kV，变比K=220KV/25KV=8.8。牵引负荷取5000kVA，电流
；忽略变压器空载电流，单相变高压侧电流
。用ETAP测试结果为
；
，与手算结果一致。
2.2 单相V/v变压器
单相V/v变压器实际上是两台单相变压器作V/v连接。两台单相变压器高压侧绕组分别接在电力系统的BC相和AC相上，低压侧各有一端接在两相牵引母线上，另一端接铁轨或地网，如图4。相当于AC相和BC相各向一边供电，相当于两个两相负荷。
图4 单相V/v变接线图
在ETAP里建单相V/v变模型可以用两个单相变压器模型代替，用相位适配器分别把他们接到三相母线的AC和BC相上，如图5。为了尽量减小高压侧不平衡情况，实际系统中接入系统的相别会轮换，建模时相别选择需要根据实际情况进行，填入变压器参数和负荷数据就可以了。
图5 单相V/v变模型测试
模型测试：
取变压器高压侧额定电压220kV，低压侧额定电压27.5kV，变比K=220kV/27.5kV=8。假设两供电臂负荷一样，都为5000kVA，功率因数为0.85。
牵引臂电流：
A。高压侧电流IA=IB=
A/8=23A
由于两臂电流功率因数都一样，所以他们的角度差是60度，所以高压侧电流
IC =23A×
=40 A
ETAP计算结果如图5，IA=IB=24.3A，IC =42.1A= I
A。ETAP计算结果与手算结果吻合。
3．谐波模型
由于电气化铁路牵引负荷三相不平衡，所以他们所产生的谐波也是三相不平衡的。牵引负荷时时刻刻都在变化，牵引变电所高压侧三相电流也在不停变化，每相都有可能达到最大值。三相系统的无功补偿和滤波的设计都需要按作大最严重的情况来设计。
我国目前电气化铁路牵引变电所一般都有220kV系统供电，220kV系统上一级变压器（500kV/220kV）都是YN，y0连接的，所以也不存在三相电流重新分配的情况，即220kV系统中的最大相谐波电流折算到500kV侧后还是最大相。
综合以上两种情况，用ETAP分析牵引负荷接入系统后的谐波影响时，可以取最严重（负荷最大、谐波含量最高）相，当三相平衡的情况来分析。
谐波潮流分析首先进行一个基波时的潮流计算。基本潮流计算结果为以后谐波指数计算提供基波母线电压和支路电流。然后对每个系统中的谐波源的谐波频率进行潮流计算。计算中考虑到的是低频，如2次谐波到15次谐波，加上17次到73次的特性谐波。设备阻抗根据谐波频率和设备类型进行调节。对于三的倍数次谐波，零序阻抗根据实际频率和零序网进行调节。
在谐波负荷计算中，在母线电压和支路电流中发现谐波成份，然后计算相应的谐波指数。计算所得的THD 和IHD 和母线编辑器中用户定义的值相比较，如果超过极限，则在文本报告中谐波信息部分相关母线的旁边进行标识。
谐波潮流分析的文本输出报告显示系统输入数据，基本潮流计算结果，系统谐波信息和母线电压和支路电流列表以及所有的谐波内容。这些结果也可通过谐波潮流滑条和谐波显示选项编辑器直接在单线图中进行查看。同时，母线电压和支路电流也以图形的形式显示其波形，并可显示谐波频谱。
