淺究地鐵低壓諧波的危害及相應(yīng)的完善對策

張曉明

摘 要：在我國的城市發(fā)展中，交通擁堵問題直接關(guān)系著我國城市的未來發(fā)展。地鐵這一交通工具能夠有效緩解城市交通擁堵問題，進而推動城市的發(fā)展。然而由于地鐵的低壓配電系統(tǒng)中存在大量諧波，諧波的存在會影響地鐵設(shè)備的正常運行。該文主要闡述了地鐵低壓諧波產(chǎn)生的原因、危害，并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的完善措施。

關(guān)鍵詞：地鐵低壓諧波；原因；危害；對策

1 前言

諧波的存在給地鐵行業(yè)的發(fā)展帶來了一定的負面影響，直接關(guān)系到地鐵配電網(wǎng)的正常運行。但是在地鐵低壓供電系統(tǒng)中，諧波又是無法避免的，只能盡量控制在一定的范圍內(nèi)，通過仔細分析地鐵低壓諧波產(chǎn)生的原因，才能推動地鐵行業(yè)的長遠發(fā)展。

2 引發(fā)地鐵低壓諧波的原因

地鐵這一交通工具的出現(xiàn)為人們的出行帶來了很大的便利，地鐵中安裝了很多照明設(shè)備及通風設(shè)備，目的就是更好地為人們提供一個舒適的環(huán)境，這些設(shè)備在運行過程中會產(chǎn)生一些諧波，而且不同電源所產(chǎn)生的諧波電流等級也會大不相同，電網(wǎng)中的諧波竄動也會更加的強烈，所形成的振動、噪聲和熱量都會擴大，嚴重時會威脅到電氣設(shè)備的安全，造成嚴重的后果和污染。此外，地鐵在運行過程會對感性負荷大批量使用，特別是在地鐵運行高峰期時低壓系統(tǒng)會形成一定的無功功率，通過對實際情況檢測發(fā)現(xiàn)還不足0.9，根本不符合國家相關(guān)規(guī)定，而到了夜晚地鐵處于靜止狀態(tài)時大量的感性負荷就會被割斷，可是供電電纜此時會產(chǎn)生容性無功大量的傳遞給電網(wǎng)，造成功率因數(shù)急劇下降，從而出現(xiàn)嚴重的浪費，這一問題需要著重研究。

3 論述地鐵低壓諧波的危害

諧波本身會影響地鐵配電網(wǎng)的正常運行，嚴重的還會影響周圍的配電設(shè)備。具體的危害有以下幾點：首先諧波會降低電能的利用率，另電氣設(shè)備增溫，造成設(shè)備的震動，同時還使其絕緣性能退化，導致使用性能受影響，不能長久性使用，還可能會造成更嚴重的故障或損壞現(xiàn)象發(fā)生。另外，諧波還可能會使低壓配電系統(tǒng)部分發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振現(xiàn)象，此時會釋放出大量的諧波致使電容器等設(shè)備燒毀。如果嚴重的話會造成繼電器保護與自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤指令，擾亂電能計量的準確性。

3.1 諧波對電子設(shè)備的影響

（1）地鐵中的電子設(shè)備能夠靈敏地感受到諧波的存在，電子設(shè)備的正常運行離不開電壓波形的過零點或與其他電壓波形的同步支持。低壓諧波將會影響電壓過零點漂移或者使相鄰兩個電壓的位置出現(xiàn)轉(zhuǎn)變，針對不同形式的軌道交通電子電路控制，這兩點有著非常關(guān)鍵的意義。如果控制系統(tǒng)不能準確地監(jiān)測電壓過零點和電壓位置點，會造成控制系統(tǒng)無法正常運行。而通訊設(shè)備會因軌道交通和通訊線路之間的感性或容性耦合而受到一定的影響。

（2）一般情況下，計算器等其他電子設(shè)備的諧波誤差需要控制在5%以內(nèi)，一些特殊的電子設(shè)備需要把電壓諧波誤差控制在3%以內(nèi)，如果出現(xiàn)大量的畸變很可能會影響控制設(shè)備的準確運行，從而迫使生產(chǎn)或運行必須停止，需要承受一定的經(jīng)濟損失。

3.2 諧波對電容器的影響

要想不斷提升地鐵電容器的利用率，就要在不同車間配備電容補償柜，尤其是在并聯(lián)的電路中，由于電流的頻率較高，電容器的容抗就會降低，加之電容器能夠吸收一部分的低壓諧波，因此電容器體現(xiàn)了濾波性。而存在的諧波電流有可能導致電容器不斷變熱，嚴重的會穿破絕緣體。特別是在諧振發(fā)生的過程中，諧波產(chǎn)生的電流非常高，那么這時發(fā)生的情況則會更加嚴重。

3.3 諧波對變壓器的影響

除了上文中提到的諧波危害，諧波還會給變壓器帶來負面影響，主要是由于諧波能夠在無形中增加變壓器的鐵損、銅損，還能增加變壓器的溫度及運行的噪聲。變壓器損耗的增加還會加快絕緣介質(zhì)的老化速度。此外，變壓器中額定容量會隨著諧波的存在而逐漸增加，使得變壓器利用率不斷降低，加大了成本使用量。

大多數(shù)的配電變壓器都是采用△/Y型接線方式，尤其是在地鐵低壓配電系統(tǒng)中，會給零序諧波提供環(huán)路通路，進而抑制了電源接收三次諧波的傳導數(shù)量。可是這種接線方式并不能將阻礙所有諧波侵入到電源端內(nèi)，且不管諧波電流會不會侵入到電源端，變壓器都會受到諧波電流一定的損壞。

4 降低地鐵諧波抑制的相應(yīng)措施

上文中已經(jīng)提到，諧波對地鐵低壓配電系統(tǒng)的危害較大，因此我們需要采取合理的措施把諧波控制在正常范圍內(nèi)，這樣才能提升供電質(zhì)量，確保用電設(shè)備、測量儀表、保護和控制裝置等不受到影響，更好的保證電網(wǎng)的健康運轉(zhuǎn)。可以通過以下兩方面著手治理：在用戶側(cè)或者電網(wǎng)側(cè)實施諧波集中式治理。

首先可以通過用戶端完成諧波的治理。這種方法的具體原理就是通過在用戶端植入濾波器的方法來實現(xiàn)諧波的治理。無緣濾波器采用的是無源網(wǎng)絡(luò)，其主要是有電感、電容、電阻等組成的，能夠?qū)㈦娖髫撦d形成的諧波電流有效的吸收掉，從而達到治理諧波的目的。無緣濾波器通常分為兩種，即高通濾波器和調(diào)諧波器。其中調(diào)諧波器又分單調(diào)和雙調(diào)兩種，針對一次或者緊挨著兩次諧波治理；高通濾波器可以對一次或者以上各次的諧波進行吸收。

其次是通過變電所側(cè)來完成諧波的控制工作。這種方法主要采用的是混合型軌道交通濾波器，因為這種濾波器能夠同時使用有源和無源濾波器。由于地鐵負荷狀態(tài)下和其他電場所有一定的差異，所以在對諧波進行防治時要綜合各方面因素進行。通常混合型軌道交通濾波器可以分為并聯(lián)混合型和串聯(lián)混合型兩大類濾波器。

5 結(jié)束語

簡而言之，諧波電流對地鐵軌道交通的正常運行帶來了較大的負面影響，怎樣才能把諧波控制在正常范圍內(nèi)以降低諧波對地鐵運行的危害是一個較為復雜的問題。地鐵低壓配電系統(tǒng)諧波電流的防治工作非常繁瑣，不僅需要技術(shù)人員的創(chuàng)新研究，還需要結(jié)合地鐵實際情不斷降低地鐵的諧波危害，促進地鐵低壓配電系統(tǒng)的安全運行。

參考文獻

[1]羅文.論通信電源系統(tǒng)諧波治理與節(jié)能降耗[D].南京郵電大學，2012.

（作者單位：深圳市地鐵集團有限公司運營總部）