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電能質量
專家診治

把電能質量問題交給領步400-056-5258

有源濾波器在軌道交通行業(yè)的應用

返回列表來源：領步電能質量發(fā)布時間：2017-02-22分享加入收藏關注：-

專家講堂1

一、地鐵供電系統(tǒng)介紹

地鐵供電電源一般取自城市電網(wǎng)，通過城市電網(wǎng)電力系統(tǒng)和地鐵供電系統(tǒng)實現(xiàn)輸送或變換，然后以適當?shù)碾妷旱燃壒┙o地鐵各類設備。根據(jù)用電性質的不同，地鐵供電系統(tǒng)由兩部分組成，由牽引變電所為主組成的牽引供電系統(tǒng)和以降壓變電所為主組成的動力照明供電系統(tǒng)。

二、地鐵車站內各系統(tǒng)諧波源分析
地鐵車站內強電、弱電多個系統(tǒng)并存高壓、低壓多種電壓等級并存，交流、直流多種供電制式并存，所以有效抑制諧波電流創(chuàng)造更好的電磁兼容環(huán)境，是保證地鐵正常運營的需要。
地鐵低壓配電系統(tǒng)用電設備中的諧波源主要有以下幾種：
（1）非線性電光源
為滿足照明節(jié)能及照度要求，地鐵車站中除站臺板下照明采用白熾燈外，其它站臺、站廳等公共區(qū)域及辦公管理用房均采用熒光燈。另外車站內大量的廣告牌及導向系統(tǒng)照明燈也采用熒光燈。
熒光燈因具有光效高、顯色性好、配用電子鎮(zhèn)流器后也可調光（調頻調幅）等優(yōu)點被大量使用于建筑內外的各種場所，但均含有奇次諧波。各種熒光燈的諧波電流含有率相差較大：普通繞線式電感鎮(zhèn)流器含有率12%～13％的3次諧波；電子鎮(zhèn)流器采用功率晶體管的高頻開關替代電感，其工作頻率一般高達20～60kHz，除含有約10%～20%的3次諧波以外，還含有約3%～10％的高次諧波，普通電子鎮(zhèn)流器主要設置了逐流型的濾波電路，其諧波總量在20%以上，低諧波型電子鎮(zhèn)流器加強了諧波的過濾，其諧波總量可以控制在10%～15%；另外，為提高功率因數(shù)，熒光燈一般均裝有并聯(lián)電容器，但電容器起明顯放大諧波的作用。
（2）計算機類弱電負荷
大多數(shù)計算機類設備都使用了開關電源(SMPS)。它將傳統(tǒng)的變壓器和整流器替換成由電源直接經(jīng)可控制的整流器件去給存貯電容器充電，然后通過高頻PWM(脈沖寬度調制)信號控制開關管輸出所需的多個直流電流，通過控制PWM占空比達到穩(wěn)定輸出的目的。它們不能從電源汲取連續(xù)的正弦電流，而只能汲取脈沖電流，從而產(chǎn)生大量的三次及高次諧波的分量。初期的SMPS產(chǎn)品比傳統(tǒng)整流裝置的諧波含量還要高（尤其是高次），但隨著SMPS的模塊化和自身諧波隔離技術的發(fā)展，其諧波含量可望進一步減少。
（3）變頻器類動力負載
變頻器已越來越多地被運用到地鐵系統(tǒng)中的水泵、電梯、通風及空調系統(tǒng)中，變頻一般分為2類：交-直-交變頻器和交-交變頻器。前者將工頻電源經(jīng)三相橋式可控硅整流，變成直流電壓信號，濾波后由大功率晶體開關元件逆變成可變頻率的交流信號。后者將固定頻率的交流電直接轉換成相數(shù)一致但頻率可調的交流電。二者均采用相位控制技術，所以在變換后會產(chǎn)生含復雜成分(整次、分次、高次)的諧波。多數(shù)產(chǎn)品采用6（或12）脈整流，因而含有大量的5（或11）次諧波。由于多數(shù)產(chǎn)品自身都采取了諧波防治措施，但質量良莠不齊，其諧波含量也相差很大，從10%～40%不等。因變頻裝置一般具有較大功率，所以也會對電網(wǎng)造成嚴重的諧波污染。
（4）UPS、開關電源

UPS不間斷電源、開關電源所產(chǎn)生的諧波主要是由其內部的整流裝置產(chǎn)生的，因其諧波含量與整流裝置相似。地鐵配電系統(tǒng)中的設備產(chǎn)生的大量的諧波電流，嚴重地污染了電網(wǎng)質量，諧波對用電設備也會產(chǎn)生較大危害及用電隱患。特別是無功補償?shù)耐度胧怪C波進行放大，導致電容器燒毀、損壞等。

三、諧波污染對地鐵各個系統(tǒng)的危害
（1）諧波污染對電網(wǎng)的影響
諧波污染造成電網(wǎng)的功率損耗增加、設備壽命縮短、接地保護功能失常、遙控功能失常、線路和設備過熱等，諧波對電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性的影響還表現(xiàn)在可能引起電網(wǎng)發(fā)生諧振、使正常的供電中斷、事故擴大、電網(wǎng)解裂等。造成系統(tǒng)中的設備和元件產(chǎn)生的附加損耗，引起變壓器、電纜、電機等設備發(fā)熱，加速絕緣老化；造成斷路器電弧熄滅時間的延長，影響斷路器的開斷容量；造成電子元件的繼電保護或自動裝置誤動作；影響電子儀表和通信系統(tǒng)的正常工作，降低通信質量；增大附加磁場的干擾等。
  （2）諧波對電力變壓器的影響
  諧波電流使變壓器鐵損及銅損增加，同時使溫度上升并產(chǎn)生噪聲。變壓器損耗的加大，會使絕緣介質老化并加速壽命縮短。由于諧波電流的存在，變壓器額定容量可能會加大，從而使變壓器利用率降低，增加了建設成本。
  地鐵低壓配電系統(tǒng)中，配電變壓器均采用三角形/星形（Δ/Y）接線方式，這給零序諧波（3次及3的整數(shù)倍次諧波）在變壓器一次側繞組內提供了環(huán)流通路，從而抑制了3次諧波向電源端的傳導。但變壓器的這種接線方式并不能阻止其他頻率諧波傳到電源端。而且無論諧波電流是否被傳到電源端，所有的諧波電流均會使變壓器損耗加大。
（3）諧波對電纜的影響
  諧波污染會使電纜的介質損耗、輸電損耗增大，泄漏電流上升，溫升增大，干式電纜的局部放電增加，引發(fā)單相接地故障的可能性增加。諧波對供電線路產(chǎn)生了附加損耗。由于集膚效應和鄰近效應，使線路電阻隨頻率增加而提高，造成電能的浪費；由于中性線正常時流過電流很小，故其導線較細，當大量的三次諧波流過中性線時，會使導線過熱，損害絕緣，引起短路甚至火災。
  （4）對電容器的影響
使電網(wǎng)中的電容器產(chǎn)生諧振。工頻下，系統(tǒng)裝設的各種用途的電容器比系統(tǒng)中的感抗要大得多，不會產(chǎn)生諧振，但諧波頻率時，感抗值成倍增加而容抗值成倍減少，這就有可能出現(xiàn)諧振，諧振將放大諧波電流，導致電容器等設備被燒毀。
（5）其它
由于車站內諧波電流的存在，給諸多不良現(xiàn)象的出現(xiàn)提供了可能，如繼電保護誤動作或拒動、弱電回路產(chǎn)生干擾、電子設備誤觸發(fā)等。

四、治理方式
（1）對降壓變電所的動力照明系統(tǒng)進行電能質量綜合治理。
（2）在變壓器低壓側母線采取集中治理的方式進行治理。
（3）選用有源濾波器（LBAPF系列）。
LBAPF有源濾波器的治理效果非常明顯，能夠動態(tài)抑制諧波、補償無功。它能夠對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償。可以同時濾除多次及高次諧波，濾除率高達95%以上，且不會引起諧振。使得整個配電系統(tǒng)電能質量得到大幅提升，用電環(huán)境得到改善。

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