城市轨道低压配电系统谐波抑制张堃

张堃

（中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春130000）

摘要：当下，社会经济飞速发展，生产力水平不断提高，在一定程度上推动了城市交通建设的不断进步与发展，而城市轨道交通作为其中的关键组成成分，对于城市的健康发展极其重要。值得关注的是，低压配电系统管理对于城市轨道交通建设至关重要，而其谐波抑制措施是配电系统管理的核心步骤，也是构建正常城市轨道系统的重点。基于此，本文对城市轨道低压配电系统谐波抑制进行了详细地分析和探究，进而促进我国城市轨道交通建设的健康发展。

关键词：城市轨道交通；低压配电系统；谐波治理

1、城市轨道交通低压配电系统特点

1.1对可靠性、稳定性要求较高，当重要回路发生配电故障时，会直接危害城市轨道交通正常运行，有可能造成不良社会影响。这一特点要求低压配电系统应具有对海量数据挖掘评估、对可能发生故障提前预测、对已发生故障快速诊断、对故障供电网络节点快速自愈和重构等智能“自愈、预测”功能，主动避免发生安全事故。

1.2车站面积寸土寸金，安装空间有限，配电设备需要高度集成、占地小、维护方便。这一特点要求低压配电设备内置元件量少体小、功能集成不重复、互换与兼容性好，设备自身结构简洁化一，具备“以软代硬”、“智能终端加断路器”两元化模式的智能“集成”特征。

1.3以放射式配电结构为主，电缆数量大，敷设在封闭式闷顶或桥架中，供电距离经常至数百米，受环境潮湿、散热条件差、位置隐蔽、难以检修等因素影响，电缆绝缘性能下降严重，易产生故障隐患。这一特点要求低压配电系统具备通过潮流计算与分析预知发现电缆绝缘降低安全隐患的智能“预测”功能。

1.4用电设备密集度高、运行空间相对封闭、潜在电气火灾隐患大，火灾发生时人员疏散、救援难度大。这一特点要求低压配电系统具备通过负荷的工况信息和数据分析，准确预估、预警潜在电气火灾的智能“预测”功能。

1.5在运营高峰与低谷时用电负荷状态变化大，有较大的节能和优化的空间。这一特点要求低压配电系统能统计用电规律、预测负荷、优化管控低压配电设备和低压配电网运行模式，具备智能“预测、优化”功能。

2、谐波对城市轨道系统的影响

2.1谐波对于输变电设备的影响

谐波会减少供配电线路、电力变压器及其它用电设备的寿命，甚至会导致电气安全事故发生；谐波还可能引起继电保护装置的误动或拒动，这是城市轨道系统运营中不允许的；此外谐波还可能对电能表产生影响，使其计量不准确。

2.1.1对供配电线路的影响

在电缆配电的情况下，谐波电压以正比于其幅值电压的形式增加了介质的电场强度。这一影响增大了局部放电、介损和温升，缩短了电缆的使用寿命，增加了事故次数。电缆的额定电压等级越高，谐波引起的上述危害也越大。谐波电流流过导体表面时会产生集肤效应和邻近效应。这两种现象都会使线路或设备产生更多的附加发热，从而影响绝缘寿命。另外，由于谐波电流会产生较高频率的电场，这种情况下绝缘的局部放电加剧，介质损耗显著增加，致使温升增加，也会影响绝缘寿命。

2.1.2对变压器的影响

如果负荷电流中含有直流分量，则它将使变压器磁路的饱和度提高，从而使交流励磁电流的谐波分量大大增加。变压器副边输出谐波电压使输电线路热损耗增加，绝缘老化，寿命缩短；据有关部门试验表明：相同的电缆敷设条件，若通过一般的工频电流，其使用寿命为25年，而含有高次谐波的非正弦电流，其使用寿命只有15年。

2.1.3对继电保护装置的影响

谐波对继电保护装置会造成一定的影响，谐波会使继电器动作特性畸变或效果降低，造成保护装置的拒动或误动。近年来，尽管我们采取了一些降低谐波污染的措施，如使用滤波器、进行磁通补偿、谐波注入等，但随着高度非线性设备的使用数量和额定容量的日益增大，局部地区电网中的谐波含量仍在逐渐增大。

2.2谐波对于通讯系统的影响

谐波对通信系统的干扰是一个在国际上十分被重视的问题，对此已进行了充分的研究并制定了相应的标准。谐波干扰会引起通信系统的噪声，降低通话的清晰度。干扰严重时会引起信号的丢失，在谐波和基波的共同作用下引起电话铃响。

2.3谐波对城市轨道系统安全运行的影响

城市轨道系统谐波治理能带来的经济效益是综合、长期的一个过程。谐波治理对地铁车站低压配电系统运行安全性的巨大帮助。地铁车站的主要用电负荷包括：环控系统、照明系统、电（扶）梯、信号、通信等。在地铁配电系统中存在大量的谐波源设备，如节能灯、软启动器、变频器、UPS不间断电源等。单个的谐波源造成的危害是比较小的，但不经治理的谐波汇集到400V母线时，会对系统的安全稳定运行造成危害。

3、城市轨道低压配电系统谐波治理方式

3.1集中补偿方式

所谓谐波集中补偿方式，就是在用户用电系统与电网连接点处加装谐波补偿设备，一般选择在用户的变压器低压侧，紧邻变压器安装。

3.2就地补偿方式

所谓就地补偿方式，就是将滤波器安装在谐波源的交流进线处，通过滤波器就近补偿谐波，达到彻底消除谐波危害的目的。

3.3地铁车站配电系统中的谐波补偿方式

地铁车站低压配电系统的谐波治理，区别于一般的治理方式，其谐波治理的侧重点应放在三个方面：

3.3.1消除谐波污染对通信、信号等直接影响行车的特别重要用电负荷的影响。

3.3.2消除或降低谐波引发中性线过载而导致电气火灾发生的可能。

3.3.3降低城市轨道系统低压配电系统对上级电网（包括自用变压器）的污染。

3.4有源与无源方式

第一种为无源方式，对单体电容器进行有效调整，采用的方法可以在无功补偿装置中串联电抗器，再通过参数选取使用装置来吸收一部分谐波。第二中为有源方式，即应用现代科学技术完成了无源滤波器向有源滤波器的过渡。与无源滤波器相比，有源滤波器的可控性非常高，而且反应速度很快，能在非常短的时间之内有效补偿每一次的谐波。

总之，当下，我国城市化进程不断加快，对于城市轨道交通系统的要求也在不断提高。城市轨道系统作为城市交通系统中最为便捷、高效的交通方式，受到了国家的重视。因此为了确保城市轨道系统运行的安全性和可靠性，本文对城市轨道低压配电系统谐波抑制及治理进行了详尽的分析和探究。而随着我国城市轨道系统的快速发展，对于用电质量的可靠性要求也更高，电能质量研究工作也将不断深入，提高城市轨道低压配电系统的安全性，通过有源电力滤波器有效解决谐波问题将成为必然趋势。

参考文献：

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