淺究地鐵低壓諧波的危害及相應(yīng)的完善對(duì)策

張曉明

摘 要：在我國(guó)的城市發(fā)展中，交通擁堵問題直接關(guān)系著我國(guó)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(jìn)而推動(dòng)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(huì)影響地鐵設(shè)備的正常運(yùn)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(duì)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(fù)面影響，直接關(guān)系到地鐵配電網(wǎng)的正常運(yùn)行。但是在地鐵低壓供電系統(tǒng)中，諧波又是無(wú)法避免的，只能盡量控制在一定的范圍內(nèi)，通過仔細(xì)分析地鐵低壓諧波產(chǎn)生的原因，才能推動(dòng)地鐵行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)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(fēng)設(shè)備，目的就是更好地為人們提供一個(gè)舒適的環(huán)境，這些設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生一些諧波，而且不同電源所產(chǎn)生的諧波電流等級(jí)也會(huì)大不相同，電網(wǎng)中的諧波竄動(dòng)也會(huì)更加的強(qiáng)烈，所形成的振動(dòng)、噪聲和熱量都會(huì)擴(kuò)大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)威脅到電氣設(shè)備的安全，造成嚴(yán)重的后果和污染。此外，地鐵在運(yùn)行過程會(huì)對(duì)感性負(fù)荷大批量使用，特別是在地鐵運(yùn)行高峰期時(shí)低壓系統(tǒng)會(huì)形成一定的無(wú)功功率，通過對(duì)實(shí)際情況檢測(cè)發(fā)現(xiàn)還不足0.9，根本不符合國(guó)家相關(guān)規(guī)定，而到了夜晚地鐵處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)大量的感性負(fù)荷就會(huì)被割斷，可是供電電纜此時(shí)會(huì)產(chǎn)生容性無(wú)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(yán)重的浪費(fèi)，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(huì)影響地鐵配電網(wǎng)的正常運(yùn)行，嚴(yán)重的還會(huì)影響周圍的配電設(shè)備。具體的危害有以下幾點(diǎn)：首先諧波會(huì)降低電能的利用率，另電氣設(shè)備增溫，造成設(shè)備的震動(dòng)，同時(shí)還使其絕緣性能退化，導(dǎo)致使用性能受影響，不能長(zhǎng)久性使用，還可能會(huì)造成更嚴(yán)重的故障或損壞現(xiàn)象發(fā)生。另外，諧波還可能會(huì)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(shí)會(huì)釋放出大量的諧波致使電容器等設(shè)備燒毀。如果嚴(yán)重的話會(huì)造成繼電器保護(hù)與自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤指令，擾亂電能計(jì)量的準(zhǔn)確性。

3.1 諧波對(duì)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(yùn)行離不開電壓波形的過零點(diǎn)或與其他電壓波形的同步支持。低壓諧波將會(huì)影響電壓過零點(diǎn)漂移或者使相鄰兩個(gè)電壓的位置出現(xiàn)轉(zhuǎn)變，針對(duì)不同形式的軌道交通電子電路控制，這兩點(diǎn)有著非常關(guān)鍵的意義。如果控制系統(tǒng)不能準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)電壓過零點(diǎn)和電壓位置點(diǎn)，會(huì)造成控制系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。而通訊設(shè)備會(huì)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(jì)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(huì)影響控制設(shè)備的準(zhǔn)確運(yùn)行，從而迫使生產(chǎn)或運(yùn)行必須停止，需要承受一定的經(jīng)濟(jì)損失。

3.2 諧波對(duì)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(bǔ)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(huì)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(dǎo)致電容器不斷變熱，嚴(yán)重的會(huì)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(shí)發(fā)生的情況則會(huì)更加嚴(yán)重。

3.3 諧波對(duì)變壓器的影響

除了上文中提到的諧波危害，諧波還會(huì)給變壓器帶來負(fù)面影響，主要是由于諧波能夠在無(wú)形中增加變壓器的鐵損、銅損，還能增加變壓器的溫度及運(yùn)行的噪聲。變壓器損耗的增加還會(huì)加快絕緣介質(zhì)的老化速度。此外，變壓器中額定容量會(huì)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(huì)給零序諧波提供環(huán)路通路，進(jìn)而抑制了電源接收三次諧波的傳導(dǎo)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(huì)不會(huì)侵入到電源端，變壓器都會(huì)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(duì)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(cè)量?jī)x表、保護(hù)和控制裝置等不受到影響，更好的保證電網(wǎng)的健康運(yùn)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(shí)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(shí)現(xiàn)諧波的治理。無(wú)緣濾波器采用的是無(wú)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?fù)載形成的諧波電流有效的吸收掉，從而達(dá)到治理諧波的目的。無(wú)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(duì)一次或者緊挨著兩次諧波治理；高通濾波器可以對(duì)一次或者以上各次的諧波進(jìn)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?yàn)檫@種濾波器能夠同時(shí)使用有源和無(wú)源濾波器。由于地鐵負(fù)荷狀態(tài)下和其他電場(chǎng)所有一定的差異，所以在對(duì)諧波進(jìn)行防治時(shí)要綜合各方面因素進(jìn)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(yǔ)

簡(jiǎn)而言之，諧波電流對(duì)地鐵軌道交通的正常運(yùn)行帶來了較大的負(fù)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(duì)地鐵運(yùn)行的危害是一個(gè)較為復(fù)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(shí)際情不斷降低地鐵的諧波危害，促進(jìn)地鐵低壓配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[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(xué)，2012.

（作者單位：深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)總部）