基于諧波的分析治理淺究地鐵低壓配電系統

黃朝

摘要：在地鐵運行過程中不可避免地會產生一些諧波，諧波的存在不僅增加了地鐵的運行成本，還會在一定程度上縮短了地鐵設備的使用周期，下面本文將基于諧波的分析治理淺究地鐵低壓配電系統。

關鍵詞：地鐵；低壓配電系統；諧波

1 針對地鐵低壓配電系統的諧波論述

一般情況下，地鐵車站的低壓配電系統接線方式采用單線、母線的分段方式，地鐵正常運行時母聯分段，確保地鐵正常運行的前提下，如果遇到一臺變壓器發生故障時，需要立即切除三級負荷，從而把地鐵正常運行的重任放到另一臺變壓器上。通常情況下，地鐵低壓配電系統的用電負荷包含的內容較為豐富，主要有照明、給排水、通信、屏蔽門、監控等。

1.1 存在于地鐵內的諧波來源

由于地鐵正常運行中需要許多非線性電氣設備的支持，這類設備在工作過程中容易產生諧波，存在于地鐵內的諧波來源主要有熒光燈、消防應急電源（EPS）、通信、售票等弱電系統LIPS電源、變頻器等電氣設備中。

1.2 地鐵諧波對其運行系統的作用

1.2.1 地鐵諧波對輸變電設備的作用

地鐵諧波的出現會縮短電壓器、輸電線路以及電容器的使用周期，嚴重的還會造成交通事故；還可能會引發繼電保護裝置的誤動。

（1）對輸電線路的負面影響：

我們先要弄清楚諧波對輸電線路的負面影響，由于諧波電流能夠引發高頻率的電場，會給絕緣介質的放電現象帶來負面影響，加速絕緣體的老化。

（2）對變壓器的作用：

針對一般的變壓器諧波，我們通常是有針對性的防控諧波，盡量把繞組溫度控制在合理的范圍內；針對那些為不對稱負荷工作的變壓器，加入負荷電流中包含一定的直流分量，就會導致變壓器飽和度的變相增大，進而導致電流產生的諧波增大。

（3）對無功補償電容器的作用：

通常情況下的諧波電流不會太高，但是在電容器的影響下則會被擴大好幾倍，在諧振過程中則會擴大至少30倍。諧振將會造成過電流和過電壓，進而加速電容器的損壞。

1.2.2 諧波對通訊系統的作用

當通信系統受到諧波的影響后就會產生噪聲，影響通話質量。甚至會造成信號的丟失，如果同時受到諧波和基波的影響，還有可能對通信設備及工作人員安全帶來危害。

2 針對諧波分析提出相應的解決方案

針對地鐵諧波的危害我們可以采取兩種解決方案，首先是諧波集中補償方式，其次是就地補償方式，前者主要是依靠諧波補償設備的科學安裝來完成諧波的有效控制，這種方式的優點在于諧波電流經過變壓器母線后能夠有一定程度的降低，且所需的投資資金較少，能夠有效保護上一級電網；后一種方式主要是通過濾波器的科學安裝實現諧波的控制，能夠從根本上消除諧波危害，但是操作時所需的資金較多。

不同系統的諧波治理方法也有所不同，尤其是對于地鐵車站低壓配電系統的諧波治理來說，需要注意幾點：

（1）消除諧波污染對關鍵的測控、通訊、指揮系統的作用；

（2）消除諧波引發中線過載而導致電氣火災發生的可能；

（3）盡可能的減少地鐵配電系統對上級電網的負面影響。

因為地鐵的通訊系統、指揮系統等對運行安全有較高的要求，我們嘗試在變壓器下進行集中補償的解決方式盡管能夠減少諧波的負面影響，但是卻無法從根本上清除其對主要系統的影響，因此，在地鐵站房低壓配電系統中應盡量選用就地補償模式（如圖1）對諧波源所產生的污染進行就地補償，將諧波危害消除在源頭。

盡管這種解決方式效果較好，但是其所需的成本較高，并且設計施工過程較為繁瑣，工程量較大。為了在控制諧波危害的基礎上盡量降低成本，我們可以嘗試把負載分類與集中補償方式相結合進行設計。

在進行系統的設計過程中，我們要科學劃分產生諧波的源頭，另外還要把重點保護的系統進行科學的分類，然后把諧波源負荷設置在低壓母排的尾端，需要得到重點保護的負荷安置在變壓器側面。最后需要把濾波器安置在兩種負荷中間，達到集中消除諧波的目的。

把上述解決方案進行落實，具體就是把地鐵低壓配電系統產生的諧波利用諧波器進行集中治理，最后從根本上消除了諧波對其他關鍵系統的負面作用，同時還能降低運行成本。

3 結論

經過上文中的相關論述，我們可以得到如下結論：

（1）針對地鐵低壓配電系統中出現的運行故障，我們可以及時在變壓器下設置濾波器，同時結合無功補償的方式完成故障的處理；

（2）在變壓器下設置濾波器能夠明顯改善電流電壓的波形，如果可以的話把濾波器安裝在補償柜后面會有更好的濾波效果；

（3）濾波器的合理安裝可以有效減少地鐵諧波對重要系統的負面影響

除此之外我們還發現，地鐵牽引力產生的諧波基本上不會對低壓配電系統造成影響。