淺談地鐵供電系統諧波電流和無功功率綜合治理方案

吳乃哲

摘 要：隨著城市化進程的不斷加快，地鐵得到了廣泛的應用，主要是由于其具有安全性、穩定性與便捷性。在地鐵建設規模日益擴大的背景下，其供電系統的質量問題成為了人們熱議的內容，該系統為地鐵的影響是顯著的，同時對電網能夠造成諧波污染與無功浪費。為了有效處理諧波電流與無功功率的問題，文章根據二者的危害提出了幾點治理的建議，旨在提高地鐵電能的質量，保證地鐵系統供電系統供電的高效性、可靠性與穩定性。

關鍵詞：地鐵供電系統；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，它具有一系列的優點，如：無污染、快速度、安全、準時與可靠等。地鐵的運用促進了土地的高效利用，為城市居民營造了良好的居住環境。地鐵作為現代化的交通工具，它得到了居民、政府與社會的普遍認可。為了進一步提高地鐵的安全性與可靠性，文章對其供電系統展開了研究，對其中存在的諧波與無功功率問題進行了處理，在此基礎上，為地鐵提供了可靠的電能。

1 地鐵供電系統的概況

地鐵供電系統主要是由兩部分構成的，分別為外部電源與內部供電系統，前者是指一次高壓供電系統，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、供配電系統與電力監控系統。地鐵供電系統作為基礎性能源設施，它是地鐵正常、安全與有效運行的可靠保障。

2 地鐵供電系統諧波電流和無功功率的危害

2.1 在諧波電流方面

地鐵供電系統在運營時會產生諧波電流，通常情況下，供電系統中的牽引變電所的整流機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，在機組降壓整流后，出現的諧波電流有5、11、23與25次。在社會經濟穩定發展的背景下，地鐵供電系統中使用的用電設備多為低壓與高節能類型的，其中變頻裝置的應用具有廣泛性與普遍性，在此基礎上，低壓配電系統中的諧波畸變更為嚴重。照明系統的運行形式為電子整流器，在此期間諧波出現的次數為3次；空調與電梯的運行，在此期間諧波出現的次數為5、7次[1]。

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

2.2 在無功功率方面

地鐵供電系統在運營時，用電設備的用電負荷為感性負荷，此時用電負荷的性質與功率因數均存在差異，地鐵供電系統極易出現無功功率，無功效應也隨之出現。無功功率的危害主要是提高了地鐵運營的成本，制約著節能環保目標的實現[2]。

3 地鐵供電系統諧波電流和無功功率的治理

3.1 采取有源濾波技術

諧波電流的危害是顯著的，為了實現對諧波電流的抑制，主要的方法為無源濾波器的運用。目前，隨著地鐵供電系統的快速發展，傳統的抑制方法未能適應供電系統的發展需求，為了實現對諧波電流問題的有效解決，要對無源濾波技術進行積極的應用，并制定合理的、科學的、高效的方案，以此有效解決諧波污染的問題。

在科學技術的支持下，有源濾波技術得到了快速的發展，此技術在地鐵供電系統中的應用取得了良好的效果。此項技術的實施主要是借助供電系統的電流波形實現的負載檢測，通過傅立葉分析與IGBT技術的運用，使系統中接收到了反轉電流，在此基礎上，實現了諧波電流的過濾。與此同時，有源濾波技術的應用也實現了無功功率問題的處理，促進了負荷功率的提高，以此保證了供電系統的安全性與可靠性。

但有源濾波技術在實際應用過程中也存在不足，主要是由于相關的裝置安裝，使供電系統的無功功率進一步增多，對于供電系統的功率因素控制能力相對較弱，因此，在主變電站安裝了無功補償裝置[3]。

3.2 利用動態無功補償技術

在科學技術水平不斷提升的背景下，地鐵供電系統的無功功率問題得到了廣泛的關注，為了實現對此問題的有效解決，相應的技術得到了研究，并將技術進行了應用，以此保證了供電系統的穩定性、安全性與可靠性。動態無功補償技術的作用是顯著的，通過動態無功補償裝置的運用，促進了相應技術作用的發揮，并使該技術得到了發展。

動態無功補償技術主要是借助大功率的電子器件，促進了無功能力的轉變，通過高頻開關功能，實現了無功功率的補償，進而有效解決了地鐵供電系統的無功功率問題。此項技術的特點是顯著的，如：較小的占地面積、對母線電壓的影響較少，同時耗能偏低、效率較高。無功功率補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立性，其恒流源具有可控性，因此對母線的影響基本為零。同時，動態無功功率補償裝置在運行過程中，未產生諧波電流，因此，實現了部分諧波電流的消除[4]。

目前，地鐵系統具有一定的復雜性與特殊性，為了實現對諧波電流與無功功率問題的綜合治理，要將上述兩種技術進行有效的結合，不僅要安裝有源濾波裝置，還要設置無功功率補償裝置。

4 結束語

綜上所述，文章主要研究了地鐵供電系統的諧波電流與無功功率治理，分析了二者的產生與危害，并提出了處理的具體建議，如：有源濾波技術的采用與動態無功補償技術的利用。相信在先進技術的支持下，地鐵供電系統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

[1]孫才勤.地鐵供電系統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.地鐵供電系統諧波抑制與無功補償[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].電工技術雜志，2013（12）：31-33.

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