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地鐵

地軌道 交通系統的用電設備繽紛復雜,其中像電力機車、空調水泵及風機、電梯、機房網絡設備、UPS、 燈光調控系統、消防系統、監控系統和其他電力電子設備分布在整個地鐵的應用現場。造成了惡 劣的諧波環境,對保證電力系統和設備的安全正常運行造成了極大的威脅。

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. 軌道交通存在的問題

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(1)  軌道交通的供電系統是比較特殊的單相供電,這樣導致了三相的嚴重不平衡;

(2) 電鐵軌道交通供電系統是經大功率整流橋整流輸出后供機車取流牽引,目前國內電鐵機車都 是采用直流斬波器作為牽引機車直流電源整流系統,機車牽引取流時負荷變化劇烈及快速,產生 大量 11 次、13 次諧波電流;

(3) 其次是站用變頻器、UPS、開關電源大量非線性負荷(3 次、5 次、7 次等),且隨著節能的需 要,變頻負荷所占比重逐年提高。變頻負荷逐年增加,其產生的諧波電流也在相應增加。

(4) 電力機車頻繁啟動、加速、制動使得系統無功快速變化,諧波存在也增加了系統無功的損耗, 致使功率因數變化不定且低下。

(5) 根據 GB50157-2003《地鐵設計規范》,地鐵動力照明供電系統應采用并聯電力電容器作為無 功補償裝置。從理論上,該電力電容器無論在基波下還是在諧波下均表現為容性,因此,對于不 論是來自于配電變壓器高壓側的諧波還是來自于低壓變頻負荷產生的諧波均會起到放大作用。其 放大作用已被國內多個地鐵系統的實測結果所驗證。

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. 諧波產生的危害

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(1) 影響動力電氣設備的正常工作,除了引起附加損耗外,還可使變壓器局部嚴重過熱,使電容 器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短,嚴重時會導致變壓器燒毀、電纜放炮、電容器擊穿 等故障;

(2) 會引起系統中局部并聯諧振和串聯諧振,從而使諧波放大,使前述的危害大大增加,甚至引 起嚴重事故;

(3) 會導致電力系統內繼電?;ず妥遠爸夢蟛僮?,如?;た匚筇?,導致部分線路斷電;

(4) 使電力系統內計算機等精密設備無法正常工作;

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. 軌道交通系統諧波解決方案

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采用APF變電站集中補償方式, 有源濾波器具有動態響應速度小于 20ms,濾除 2-21 次諧波,可以實時檢測系統的諧波電流,控制命令裝置發出反向相等的諧波電流,平衡系統諧波電流,濾除系統諧波電流,去除系 統諧波電流,去除諧波損耗,穩定系統電壓,平衡三相電壓,補償無功損耗。

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. 應用案例

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某城市軌道交通系統,變電系統的諧波治理采用集中補償方式。

由投入濾波器前后電網電流波形可以清楚地看出,電網電流諧波絕大部分被濾除掉,波形已 經為正弦波,總電流由 2343A 降低為 2240A,電流有效值降低 4.3%;總的電流畸變率由 25.2%降 為 3.3%,補償率達到 89%,功率因數由 0.95 提高到 0.99。對照國標電網諧波電流允許值可以清 楚地看出,補償前各次諧波電流明顯超過國標要求數倍,補償后各次諧波電流均能達到國標要求。 對于軌道交通供電系統,安全運行是第一位的。有源濾波器投入后,配電系統諧波得到了很好的 抑制,提升供電系統的供電可靠性,消除諧波對軌道交通系統的供電影響,保障了城市軌道系統 的安全運行,改善了電能質量,總體提升了軌道交通系統設備的運行效率和電力能源的使用效率。