地鐵低壓諧波測試及有源濾波器應(yīng)用分析

張美

摘要：綠色電網(wǎng)、節(jié)能降耗已成為現(xiàn)代化企業(yè)努力的目標(biāo)，也是企業(yè)急需解決的問題。作為地鐵車站這類市政公共交通建筑的重點(diǎn)系統(tǒng)——配電系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)綠色電網(wǎng)實(shí)質(zhì)上是解決電網(wǎng)中存在的各種電能問題，主要是諧波與無功問題兩個(gè)方面，就地鐵1#線目前的系統(tǒng)狀態(tài)而言，其低壓配電系統(tǒng)標(biāo)配有有源濾波器APF但未投入。系統(tǒng)諧波問題仍然存在，因而需對該站點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的測試為該線路的有源濾波器APF進(jìn)行必要性評估，對后續(xù)新開線路的有源濾波器設(shè)置提出參考意見。

關(guān)鍵詞：地鐵低壓諧波;有源濾波器;應(yīng)用

1地鐵電能質(zhì)量分析

目前城市軌道交通普遍存在的電能質(zhì)量問題就是功率因數(shù)、電壓波動與閃變及諧波。當(dāng)前35kV和400V大量使用電纜，夜晚所有負(fù)荷基本停運(yùn)，感性無功基本接近為零，產(chǎn)生的容性無功只有幾MVA。無功倒送進(jìn)電力系統(tǒng)，導(dǎo)致功率因數(shù)會很低同時(shí)，電力機(jī)車是典型的非線性負(fù)荷，由于啟停頻繁，會產(chǎn)生沖擊性負(fù)荷，此類沖擊會造成電壓的波動與閃變。

2主要研究內(nèi)容

由于某地鐵110kV、35kV無功及諧波已治理，本次課題突出治理低壓設(shè)備的無功及諧波。諧波電流會導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行威脅同時(shí)還會造成電纜的額外發(fā)熱并加速電纜的絕緣老化導(dǎo)致不安全因素的出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)會影響甚至是中斷生產(chǎn)工作的進(jìn)行。故該公司組織針對地鐵站低壓配電室的1#和2#變壓器進(jìn)行了全面測試。同時(shí)對地鐵系統(tǒng)中負(fù)載主要為照明、空調(diào)、泵機(jī)類、電梯、信號電源、UPS等設(shè)備進(jìn)行開啟APF和不開啟APF情況下進(jìn)行測試，對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，選出合適的型號的治理設(shè)備，同時(shí)計(jì)算該設(shè)備選擇的節(jié)能性。

3測試數(shù)據(jù)及分析

（1）測試說明。本次測試主要針對開遠(yuǎn)門地鐵站低壓配電室的1#和2#變壓器進(jìn)行了全面測試。系統(tǒng)中負(fù)載主要為照明、空調(diào)、泵機(jī)類、電梯、信號電源、UPS等設(shè)備，開關(guān)電源的啟動瞬間形成電流沖擊，和其它設(shè)備在運(yùn)行過程中會對系統(tǒng)產(chǎn)生諧波電流污染。該系統(tǒng)中各變壓器的負(fù)荷性質(zhì)決定了在其運(yùn)行的過程中會產(chǎn)生諧波電流并匯入配電網(wǎng)中對配電系統(tǒng)造成一定的諧波污染問題，系統(tǒng)中存在的節(jié)能照明在運(yùn)行過程中存在N線上諧波電流的疊加情況，N相電流是相線的3倍，本次測試主要是針對這些問題進(jìn)行的。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，諧波電流會導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行威脅同時(shí)還會造成電纜的額外發(fā)熱并加速電纜的絕緣老化導(dǎo)致不安全因素的出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)會影響甚至是中斷生產(chǎn)工作的進(jìn)行。

（2）測試方法。在現(xiàn)場工作人員的配合下對共計(jì)2臺變壓器進(jìn)行了詳細(xì)的測試，本次方案的目標(biāo)是完全消除系統(tǒng)中諧波電流污染的問題尤其是N線電流的疊加問題，因此對于電流數(shù)據(jù)的采集極為重要。在方案制定時(shí)將會根據(jù)測試值對現(xiàn)場治理設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，保證系統(tǒng)中諧波電流的有效濾除。測試時(shí)每個(gè)測試點(diǎn)均進(jìn)行了24小時(shí)的監(jiān)測能夠明確整個(gè)周期內(nèi)的典型電能質(zhì)量狀況。

（3）測試數(shù)據(jù)及分析。a.1#變壓器低壓側(cè)測試數(shù)據(jù)。

電壓電流數(shù)據(jù)表

分析：通過上述測試數(shù)據(jù)分析出，電壓畸變率為1.5%以內(nèi)，電流畸變率為25%左右，系統(tǒng)基波電流有效值最大約為500A，電流畸變頻譜表明其中3次、5次、7次和11次諧波電流為主，總的諧波電流有效值約為125A，N線電流主要為3次諧波電流的疊加導(dǎo)致。需要選擇的輸出治理電流每相至少在125A以上，N線輸出能力為相線的3倍，可有效解決中線諧波電流疊加的問題。該變壓器為1250kVA的變壓器，現(xiàn)有地鐵車站的濾波器設(shè)計(jì)中考慮到功率因數(shù)提高至0.92的要求，因此需要考慮留有一定容量進(jìn)行無功補(bǔ)償。

b.2#變壓器低壓側(cè)測試數(shù)據(jù)。

電壓電流數(shù)據(jù)表

分析：通過上述測試數(shù)據(jù)分析出，電壓畸變率為1.5%以內(nèi)，電流畸變率為20%左右，系統(tǒng)基波電流有效值最大約為500A，電流畸變頻譜表明其中3次、5次、7次和11次諧波電流為主，總的諧波電流有效值約為100A，N線電流主要為3次諧波電流的疊加導(dǎo)致。需要選擇的輸出治理電流每相至少在100A以上，N線輸出能力為相線的3倍，可有效解決中線諧波電流疊加的問題。該變壓器為1250kVA的變壓器，現(xiàn)有地鐵車站的濾波器設(shè)計(jì)中考慮到功率因數(shù)提高至0.92的要求，因此需要考慮留有一定容量進(jìn)行無功補(bǔ)償。

4總結(jié)

通過上述測試數(shù)據(jù)可分析出，系統(tǒng)平均功率因數(shù)可達(dá)0.82，有功功率保持在240kW以內(nèi)，按照現(xiàn)行設(shè)計(jì)院的要求補(bǔ)償至0.92所需的最大補(bǔ)償容量為65kVAR。在現(xiàn)有運(yùn)行的線路中有源濾波器APF的補(bǔ)償功能一般均以諧波治理為主，建議針對1250kVA的變壓器需要安裝的有源濾波器治理容量至少為150A。