地鐵低壓諧波測試及有源濾波器應用分析

張美

摘要：綠色電網、節能降耗已成為現代化企業努力的目標，也是企業急需解決的問題。作為地鐵車站這類市政公共交通建筑的重點系統——配電系統。實現綠色電網實質上是解決電網中存在的各種電能問題，主要是諧波與無功問題兩個方面，就地鐵1#線目前的系統狀態而言，其低壓配電系統標配有有源濾波器APF但未投入。系統諧波問題仍然存在，因而需對該站點進行詳細的測試為該線路的有源濾波器APF進行必要性評估，對后續新開線路的有源濾波器設置提出參考意見。

關鍵詞：地鐵低壓諧波;有源濾波器;應用

1地鐵電能質量分析

目前城市軌道交通普遍存在的電能質量問題就是功率因數、電壓波動與閃變及諧波。當前35kV和400V大量使用電纜，夜晚所有負荷基本停運，感性無功基本接近為零，產生的容性無功只有幾MVA。無功倒送進電力系統，導致功率因數會很低同時，電力機車是典型的非線性負荷，由于啟停頻繁，會產生沖擊性負荷，此類沖擊會造成電壓的波動與閃變。

2主要研究內容

由于某地鐵110kV、35kV無功及諧波已治理，本次課題突出治理低壓設備的無功及諧波。諧波電流會導致系統的運行威脅同時還會造成電纜的額外發熱并加速電纜的絕緣老化導致不安全因素的出現，嚴重時會影響甚至是中斷生產工作的進行。故該公司組織針對地鐵站低壓配電室的1#和2#變壓器進行了全面測試。同時對地鐵系統中負載主要為照明、空調、泵機類、電梯、信號電源、UPS等設備進行開啟APF和不開啟APF情況下進行測試，對測試數據進行統計分析，選出合適的型號的治理設備，同時計算該設備選擇的節能性。

3測試數據及分析

（1）測試說明。本次測試主要針對開遠門地鐵站低壓配電室的1#和2#變壓器進行了全面測試。系統中負載主要為照明、空調、泵機類、電梯、信號電源、UPS等設備，開關電源的啟動瞬間形成電流沖擊，和其它設備在運行過程中會對系統產生諧波電流污染。該系統中各變壓器的負荷性質決定了在其運行的過程中會產生諧波電流并匯入配電網中對配電系統造成一定的諧波污染問題，系統中存在的節能照明在運行過程中存在N線上諧波電流的疊加情況，N相電流是相線的3倍，本次測試主要是針對這些問題進行的。根據工程實踐經驗，諧波電流會導致系統的運行威脅同時還會造成電纜的額外發熱并加速電纜的絕緣老化導致不安全因素的出現，嚴重時會影響甚至是中斷生產工作的進行。

（2）測試方法。在現場工作人員的配合下對共計2臺變壓器進行了詳細的測試，本次方案的目標是完全消除系統中諧波電流污染的問題尤其是N線電流的疊加問題，因此對于電流數據的采集極為重要。在方案制定時將會根據測試值對現場治理設備進行設計選型，保證系統中諧波電流的有效濾除。測試時每個測試點均進行了24小時的監測能夠明確整個周期內的典型電能質量狀況。

（3）測試數據及分析。a.1#變壓器低壓側測試數據。

電壓電流數據表

分析：通過上述測試數據分析出，電壓畸變率為1.5%以內，電流畸變率為25%左右，系統基波電流有效值最大約為500A，電流畸變頻譜表明其中3次、5次、7次和11次諧波電流為主，總的諧波電流有效值約為125A，N線電流主要為3次諧波電流的疊加導致。需要選擇的輸出治理電流每相至少在125A以上，N線輸出能力為相線的3倍，可有效解決中線諧波電流疊加的問題。該變壓器為1250kVA的變壓器，現有地鐵車站的濾波器設計中考慮到功率因數提高至0.92的要求，因此需要考慮留有一定容量進行無功補償。

b.2#變壓器低壓側測試數據。

電壓電流數據表

分析：通過上述測試數據分析出，電壓畸變率為1.5%以內，電流畸變率為20%左右，系統基波電流有效值最大約為500A，電流畸變頻譜表明其中3次、5次、7次和11次諧波電流為主，總的諧波電流有效值約為100A，N線電流主要為3次諧波電流的疊加導致。需要選擇的輸出治理電流每相至少在100A以上，N線輸出能力為相線的3倍，可有效解決中線諧波電流疊加的問題。該變壓器為1250kVA的變壓器，現有地鐵車站的濾波器設計中考慮到功率因數提高至0.92的要求，因此需要考慮留有一定容量進行無功補償。

4總結

通過上述測試數據可分析出，系統平均功率因數可達0.82，有功功率保持在240kW以內，按照現行設計院的要求補償至0.92所需的最大補償容量為65kVAR。在現有運行的線路中有源濾波器APF的補償功能一般均以諧波治理為主，建議針對1250kVA的變壓器需要安裝的有源濾波器治理容量至少為150A。