淺談地鐵供電系統(tǒng)諧波電流和無功功率綜合治理方案

吳乃哲

摘 要：隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，地鐵得到了廣泛的應(yīng)用，主要是由于其具有安全性、穩(wěn)定性與便捷性。在地鐵建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大的背景下，其供電系統(tǒng)的質(zhì)量問題成為了人們熱議的內(nèi)容，該系統(tǒng)為地鐵的影響是顯著的，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)能夠造成諧波污染與無功浪費(fèi)。為了有效處理諧波電流與無功功率的問題，文章根據(jù)二者的危害提出了幾點(diǎn)治理的建議，旨在提高地鐵電能的質(zhì)量，保證地鐵系統(tǒng)供電系統(tǒng)供電的高效性、可靠性與穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：地鐵供電系統(tǒng)；諧波電流；無功功率；危害；治理

引言

在城市軌道交通中，地鐵扮演著重要的角色，其作用日益顯著，它具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，如：無污染、快速度、安全、準(zhǔn)時(shí)與可靠等。地鐵的運(yùn)用促進(jìn)了土地的高效利用，為城市居民營造了良好的居住環(huán)境。地鐵作為現(xiàn)代化的交通工具，它得到了居民、政府與社會(huì)的普遍認(rèn)可。為了進(jìn)一步提高地鐵的安全性與可靠性，文章對(duì)其供電系統(tǒng)展開了研究，對(duì)其中存在的諧波與無功功率問題進(jìn)行了處理，在此基礎(chǔ)上，為地鐵提供了可靠的電能。

1 地鐵供電系統(tǒng)的概況

地鐵供電系統(tǒng)主要是由兩部分構(gòu)成的，分別為外部電源與內(nèi)部供電系統(tǒng)，前者是指一次高壓供電系統(tǒng)，其供電方式主要有三種，即：分散式、集中式與混合式；后者是指牽引供電系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)與電力監(jiān)控系統(tǒng)。地鐵供電系統(tǒng)作為基礎(chǔ)性能源設(shè)施，它是地鐵正常、安全與有效運(yùn)行的可靠保障。

2 地鐵供電系統(tǒng)諧波電流和無功功率的危害

2.1 在諧波電流方面

地鐵供電系統(tǒng)在運(yùn)營時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波電流，通常情況下，供電系統(tǒng)中的牽引變電所的整流機(jī)組降壓整流方式主要為兩種，分別為12脈波整流與24脈波整流，在機(jī)組降壓整流后，出現(xiàn)的諧波電流有5、11、23與25次。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的背景下，地鐵供電系統(tǒng)中使用的用電設(shè)備多為低壓與高節(jié)能類型的，其中變頻裝置的應(yīng)用具有廣泛性與普遍性，在此基礎(chǔ)上，低壓配電系統(tǒng)中的諧波畸變更為嚴(yán)重。照明系統(tǒng)的運(yùn)行形式為電子整流器，在此期間諧波出現(xiàn)的次數(shù)為3次；空調(diào)與電梯的運(yùn)行，在此期間諧波出現(xiàn)的次數(shù)為5、7次[1]。

諧波電流危害主要體現(xiàn)在影響著地鐵供電系統(tǒng)的電流，會(huì)使其出現(xiàn)疊加與流竄，在此基礎(chǔ)上，電流會(huì)逐漸放大，進(jìn)而直接影響著地鐵供電系統(tǒng)的安全性。同時(shí)，它也威脅著電力系統(tǒng)的安全，諧波污染會(huì)影響整個(gè)城市的電力系統(tǒng)。諧波電流的具體危害為：疊加與流竄的電流會(huì)使電容器持續(xù)加熱，在長時(shí)間后，電容器的熱度便會(huì)超過安全界線，此時(shí)電容器會(huì)出現(xiàn)老化的問題，其使用時(shí)間也將縮短，進(jìn)而電容器極易出現(xiàn)擊穿故障；在電流增大的基礎(chǔ)上，供電系統(tǒng)中的線路損耗會(huì)逐漸增加，其中的變壓器額定容量也會(huì)不斷降低；同時(shí)，諧波電流影響著系統(tǒng)的保護(hù)裝置，局部停電的情況將更為普遍，它也影響著系統(tǒng)的電機(jī)，振動(dòng)與噪音的問題將更加嚴(yán)重，電機(jī)的使用時(shí)間將大幅度的縮短。

2.2 在無功功率方面

地鐵供電系統(tǒng)在運(yùn)營時(shí)，用電設(shè)備的用電負(fù)荷為感性負(fù)荷，此時(shí)用電負(fù)荷的性質(zhì)與功率因數(shù)均存在差異，地鐵供電系統(tǒng)極易出現(xiàn)無功功率，無功效應(yīng)也隨之出現(xiàn)。無功功率的危害主要是提高了地鐵運(yùn)營的成本，制約著節(jié)能環(huán)保目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[2]。

3 地鐵供電系統(tǒng)諧波電流和無功功率的治理

3.1 采取有源濾波技術(shù)

諧波電流的危害是顯著的，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波電流的抑制，主要的方法為無源濾波器的運(yùn)用。目前，隨著地鐵供電系統(tǒng)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的抑制方法未能適應(yīng)供電系統(tǒng)的發(fā)展需求，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波電流問題的有效解決，要對(duì)無源濾波技術(shù)進(jìn)行積極的應(yīng)用，并制定合理的、科學(xué)的、高效的方案，以此有效解決諧波污染的問題。

在科學(xué)技術(shù)的支持下，有源濾波技術(shù)得到了快速的發(fā)展，此技術(shù)在地鐵供電系統(tǒng)中的應(yīng)用取得了良好的效果。此項(xiàng)技術(shù)的實(shí)施主要是借助供電系統(tǒng)的電流波形實(shí)現(xiàn)的負(fù)載檢測，通過傅立葉分析與IGBT技術(shù)的運(yùn)用，使系統(tǒng)中接收到了反轉(zhuǎn)電流，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了諧波電流的過濾。與此同時(shí)，有源濾波技術(shù)的應(yīng)用也實(shí)現(xiàn)了無功功率問題的處理，促進(jìn)了負(fù)荷功率的提高，以此保證了供電系統(tǒng)的安全性與可靠性。

但有源濾波技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中也存在不足，主要是由于相關(guān)的裝置安裝，使供電系統(tǒng)的無功功率進(jìn)一步增多，對(duì)于供電系統(tǒng)的功率因素控制能力相對(duì)較弱，因此，在主變電站安裝了無功補(bǔ)償裝置[3]。

3.2 利用動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)

在科學(xué)技術(shù)水平不斷提升的背景下，地鐵供電系統(tǒng)的無功功率問題得到了廣泛的關(guān)注，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)此問題的有效解決，相應(yīng)的技術(shù)得到了研究，并將技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用，以此保證了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性與可靠性。動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的作用是顯著的，通過動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)用，促進(jìn)了相應(yīng)技術(shù)作用的發(fā)揮，并使該技術(shù)得到了發(fā)展。

動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)主要是借助大功率的電子器件，促進(jìn)了無功能力的轉(zhuǎn)變，通過高頻開關(guān)功能，實(shí)現(xiàn)了無功功率的補(bǔ)償，進(jìn)而有效解決了地鐵供電系統(tǒng)的無功功率問題。此項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)是顯著的，如：較小的占地面積、對(duì)母線電壓的影響較少，同時(shí)耗能偏低、效率較高。無功功率補(bǔ)償裝置與其他裝置相比，其體積僅為后者的50%左右，該裝置具有一定的獨(dú)立性，其恒流源具有可控性，因此對(duì)母線的影響基本為零。同時(shí)，動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置在運(yùn)行過程中，未產(chǎn)生諧波電流，因此，實(shí)現(xiàn)了部分諧波電流的消除[4]。

目前，地鐵系統(tǒng)具有一定的復(fù)雜性與特殊性，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波電流與無功功率問題的綜合治理，要將上述兩種技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合，不僅要安裝有源濾波裝置，還要設(shè)置無功功率補(bǔ)償裝置。

4 結(jié)束語

綜上所述，文章主要研究了地鐵供電系統(tǒng)的諧波電流與無功功率治理，分析了二者的產(chǎn)生與危害，并提出了處理的具體建議，如：有源濾波技術(shù)的采用與動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)的利用。相信在先進(jìn)技術(shù)的支持下，地鐵供電系統(tǒng)中的問題將得到有效的治理，地鐵的作用將更加顯著。

參考文獻(xiàn)

[1]孫才勤.地鐵供電系統(tǒng)諧波無功功率的綜合治理方案[J].電氣化鐵道，2009（5）：40-43.

[2]王哲，何進(jìn).地鐵供電系統(tǒng)諧波抑制與無功補(bǔ)償[J].建筑電氣，2014（8）：46-49.

[3]戴瑜興，張義兵，胡慶偉.智能建筑諧波和無功功率的綜合治理[J].電工技術(shù)雜志，2013（12）：31-33.

[4]段永強(qiáng).地鐵供電系統(tǒng)諧波的分析及治理[J].城市軌道交通研究，2012（6）：117-120.