城市軌道交通供電系統(tǒng)電力諧波的分析與治理

楊瑞春

摘要：城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的最終目的，是為了確保電力設(shè)備運行的可靠性、安全性，實現(xiàn)供電安全。做好城市城市軌道交通電力監(jiān)控工作，設(shè)計高效的電力監(jiān)控系統(tǒng)，具有十分重要的現(xiàn)實意義。本章分析了城市軌道交通供電系統(tǒng)中的電力諧波，通過分析電力諧波產(chǎn)生的原因和危害，提出抑制城市軌道交通供電系統(tǒng)中的電力諧波的措施。

關(guān)鍵詞：軌道交通;供電系統(tǒng);電力諧波;分析與治理

城市軌道交通具有運輸量大、快速高效、舒適安全的特點，這使得城市軌道交通成為越來越多人的出行選擇，城市軌道交通不僅改善了城市的交通狀況，更為人們的出行提供了很大的便利。我國城市軌道交通發(fā)展起步較晚，在應(yīng)用中還存在很多的問題，城市軌道交通供電系統(tǒng)中過多的電力諧波不僅會影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量，還會對整個城市軌道交通造成嚴(yán)重影響，因此城市軌道交通供電系統(tǒng)的電力諧波也成為人們主要關(guān)注的問題。

一、城市軌道交通供電系統(tǒng)電力諧波的分析

城市軌道交通供電系統(tǒng)主要包括三個組成部分：中壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)、牽引供電系統(tǒng)和動力照明系統(tǒng)。其中，牽引供電系統(tǒng)是城市軌道交通供電系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)通過國家電力網(wǎng)向城市軌道交通車輛輸送電能。城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)通過整流設(shè)備向電動車組輸送直流電源，這是主要的潛波源，當(dāng)電網(wǎng)中的諧波超過一定的范圍就會對城市軌道交通供電系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的損害。

二、城市軌道交通供電系統(tǒng)電力諧波產(chǎn)生的原因

在城市軌道交通供電系統(tǒng)中，使用了大量的牽引整流器、整流逆變器和照明裝置，這些裝置都導(dǎo)致城市軌道交通供電系統(tǒng)中產(chǎn)生大量的電力諧波，另外，在城市軌道交通供電系統(tǒng)中還有大量的非線性負(fù)荷，這些非線性負(fù)荷不僅吸收了大量的基波，還在供電系統(tǒng)中產(chǎn)生大量的諧波功率，這些非線性負(fù)荷是供電系統(tǒng)中主要的諧波源，是導(dǎo)致城市軌道交通供電系統(tǒng)產(chǎn)生電力諧波的主要原因。

在城市軌道交通供電系統(tǒng)中，牽引變電站中的整流裝置由于不能瞬間完成換相，脈動數(shù)不足等原因，導(dǎo)致供電系統(tǒng)中出現(xiàn)大量幅值不連續(xù)的諧波，供電系統(tǒng)中的抑制諧波裝置不能很好地發(fā)揮作用，這是城市軌道交通供電系統(tǒng)中存在大量諧波的主要原因。

三、城市軌道交通供電系統(tǒng)電力諧波的危害

1.干擾供電系統(tǒng)中的很多設(shè)備

城市軌道交通供電系統(tǒng)的電力諧波對供電系統(tǒng)中的很多裝置都造成強烈的干擾。電力諧波嚴(yán)重干擾通信系統(tǒng)，影響通信效果和質(zhì)量，導(dǎo)致整個通信系統(tǒng)紊亂，給城市軌道交通造成重大的損失。另外，電力諧波嚴(yán)重干擾著供電系統(tǒng)中的斷路器、熔斷器、滅弧裝置等設(shè)備，降低斷路器的斷路能力，降低熔斷器的電流保護作用，阻礙滅弧裝置的滅弧功能，這些都使得城市軌道交通供電系統(tǒng)存在著大量的安全隱患。

2.造成電力計量值不準(zhǔn)

當(dāng)用戶端是線性用戶時，電力諧波通過供電系統(tǒng)注人用戶端，用戶端在吸收基波電能的基礎(chǔ)上，注人用戶端的電力諧波也可以被電表計量出來，計量值通常要高于用戶端所用的基波電能，這時用戶就要多交電費，而且大量的電力諧波對用戶端的設(shè)備都有一定的沖擊和損壞。當(dāng)用戶端是非線性用戶時，用戶端設(shè)備自身會消耗一部分電力諧波，并且向電網(wǎng)中也輸送一部分的電力諧波，這時電表在計量時，需要在基波電能的基礎(chǔ)上扣除部分電力諧波，導(dǎo)致電表的計量值小于本身損耗的基波電能，雖然用戶所交的電費可能少了，但是這給電力系統(tǒng)帶來了很大的損失。

3.增加供電系統(tǒng)的損耗

供電系統(tǒng)中大量的電力諧波，使得電力系統(tǒng)中的很多設(shè)備產(chǎn)生附加功率損耗，給一些設(shè)備造成沖擊，損壞或者干擾這些設(shè)備的正常工作。供電系統(tǒng)中的諧波電流在線路上會產(chǎn)生諧波電壓壓降，容易造成熔斷器、斷路器等電力設(shè)備欠壓運行，大大降低了這些設(shè)備的運行效率和功能。并且在城市軌道交通供電系統(tǒng)中大量的電力諧波形成一股強烈的諧波電流，會產(chǎn)生大量的熱量，使一些絕緣設(shè)備受損，加速老化，對一些不能抗高溫的設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p害，這種情況很容易造成供電系統(tǒng)短路，給整個城市軌道交通系統(tǒng)帶來無法挽回的損失，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量和安全性。

四、抑制城市軌道交通供電系統(tǒng)電力諧波的措施

1.增加整流裝置的脈動數(shù)，抑制諧波源

在城市軌道交通供電系統(tǒng)中，整流裝置是主要的諧波源，整流裝置的脈動數(shù)不足是產(chǎn)生電力諧波的主要原因，因此增加整流裝置的脈動數(shù)是抑制諧波源的有效手段。電力諧波電流與電力諧波次數(shù)是成反比的，整流裝置的脈動數(shù)與電力諧波次數(shù)成正比，因此增加整流裝置的脈動數(shù)可以增大電力諧波次數(shù)，這時又由于電力諧波電流減少，使得電力諧波次數(shù)變得相對較低，幅值較大的電力諧波次數(shù)得到消除，從而很好地抑制了諧波源。對于城市軌道交通供電系統(tǒng)中的一些帶有整流裝置的設(shè)備，要盡量增加一些整流裝置的脈動數(shù)，這樣可以有效地抑制諧波源，消除幅值較大的電力諧波，從而達(dá)到降低電力諧波的目的。

2.在整流裝置附近安裝濾波器

城市軌道交通供電系統(tǒng)中的整流器在工作時，會產(chǎn)生正向電流和反向電流，正向電流是由交流電變換為直流電，反向電流是由直流電變換為交流電，整流裝置在產(chǎn)生反向電流時，供電系統(tǒng)中的電力諧波會大量增加，所以在一些整流裝置的附近安裝濾波器，減少電力諧波，是目前電力系統(tǒng)中抑制諧波源的主要措施。濾波器由電阻、電容和電感等原件組成，在電網(wǎng)中一般采用三相星型方式連接，通常安裝在整流裝置和電網(wǎng)連接的附近，在供電系統(tǒng)中，使用最為廣泛的是有源電力濾波器，這種濾波器不但可以很好地抑制諧波，還可以對不同頻率和次數(shù)的電力諧波進行無功補償，這種動態(tài)抑制電力諧波的裝置發(fā)揮著重大的作用。雖然安裝濾波器是抑制諧波最有效的方式，但是大量的濾波器給供電系統(tǒng)也帶來了巨大的負(fù)擔(dān)，不但經(jīng)濟投入較大，也極大地增加了供電系統(tǒng)的電能損耗。為了更好地治理供電系統(tǒng)中的電力諧波，系統(tǒng)在安裝整流裝置時要結(jié)合整流裝置的電流相位方向，調(diào)整它們的位置，可以使整流裝置產(chǎn)生的電力諧波之間相互抵消，這樣相互抑制，在供電系統(tǒng)的作用較為明顯。

3.提高電表計量的精確度

在選擇電能計量裝置時要綜合考慮它的精確度、量程、穩(wěn)定性和抗干擾能力。引進先進的技術(shù)，改善電能計量裝置的計量檢測，提高點表計量的精確度和穩(wěn)定性，科學(xué)合理地設(shè)計電表計量結(jié)構(gòu)，降低誤差，保證電表計量的良好運行。

4.在電網(wǎng)中增加諧波回路

在電網(wǎng)中增加諧波回路可以很好地抑制高次諧波。供電系統(tǒng)中很多非線性元件和負(fù)載都會產(chǎn)生大量的高次諧波，在電網(wǎng)中增加諧波回路，可以在回路中消除高次諧波，減少電網(wǎng)中的電力諧波。在電網(wǎng)中進行無功補償時，可以在電容器組上連接扼流裝置，形成諧振回路，通過調(diào)節(jié)諧振頻率，降低電力諧波。

結(jié)語：城市軌道交通極大地改善了人們的出行條件，因此也受到了越來越廣泛的關(guān)注，而城市軌道交通中的電力諧波嚴(yán)重影響了整個城市軌道交通的良好運行。電力諧波對供電系統(tǒng)中的很多設(shè)備都造成干擾，使得電力計量值不準(zhǔn)，增加供電系統(tǒng)的損耗，通過增加整流裝置的脈動數(shù)、在整流裝置附近安裝濾波器、提高電表計量的精確度、在電網(wǎng)中增加諧波回路等方式可以有效地抑制電力諧波。電力諧波的治理對城市軌道交通供電系統(tǒng)有著重要的意義，我們要進一步發(fā)展電流諧波抑制技術(shù)，保障城市軌道交通供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量和正常運行。