淺究地鐵低壓諧波的危害及相應的完善對策

張曉明

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

關鍵詞：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的發展帶來了一定的負面影響，直接關系到地鐵配電網的正常運行。但是在地鐵低壓供電系統中，諧波又是無法避免的，只能盡量控制在一定的范圍內，通過仔細分析地鐵低壓諧波產生的原因，才能推動地鐵行業的長遠發展。

2 引發地鐵低壓諧波的原因

地鐵這一交通工具的出現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備及通風設備，目的就是更好地為人們提供一個舒適的環境，這些設備在運行過程中會產生一些諧波，而且不同電源所產生的諧波電流等級也會大不相同，電網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會形成一定的無功功率，通過對實際情況檢測發現還不足0.9，根本不符合國家相關規定，而到了夜晚地鐵處于靜止狀態時大量的感性負荷就會被割斷，可是供電電纜此時會產生容性無功大量的傳遞給電網，造成功率因數急劇下降，從而出現嚴重的浪費，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的正常運行，嚴重的還會影響周圍的配電設備。具體的危害有以下幾點：首先諧波會降低電能的利用率，另電氣設備增溫，造成設備的震動，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象發生。另外，諧波還可能會使低壓配電系統部分發生并聯諧振或串聯諧振現象，此時會釋放出大量的諧波致使電容器等設備燒毀。如果嚴重的話會造成繼電器保護與自動控制系統出現錯誤指令，擾亂電能計量的準確性。

3.1 諧波對電子設備的影響

（1）地鐵中的電子設備能夠靈敏地感受到諧波的存在，電子設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轉變，針對不同形式的軌道交通電子電路控制，這兩點有著非常關鍵的意義。如果控制系統不能準確地監測電壓過零點和電壓位置點，會造成控制系統無法正常運行。而通訊設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備的諧波誤差需要控制在5%以內，一些特殊的電子設備需要把電壓諧波誤差控制在3%以內，如果出現大量的畸變很可能會影響控制設備的準確運行，從而迫使生產或運行必須停止，需要承受一定的經濟損失。

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。特別是在諧振發生的過程中，諧波產生的電流非常高，那么這時發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中，會給零序諧波提供環路通路，進而抑制了電源接收三次諧波的傳導數量。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，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措施

上文中已經提到，諧波對地鐵低壓配電系統的危害較大，因此我們需要采取合理的措施把諧波控制在正常范圍內，這樣才能提升供電質量，確保用電設備、測量儀表、保護和控制裝置等不受到影響，更好的保證電網的健康運轉。可以通過以下兩方面著手治理：在用戶側或者電網側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諧波的治理。無緣濾波器采用的是無源網絡，其主要是有電感、電容、電阻等組成的，能夠將電器負載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，即高通濾波器和調諧波器。其中調諧波器又分單調和雙調兩種，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混合型和串聯混合型兩大類濾波器。

5 結束語

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。地鐵低壓配電系統諧波電流的防治工作非常繁瑣，不僅需要技術人員的創新研究，還需要結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的安全運行。

參考文獻

[1]羅文.論通信電源系統諧波治理與節能降耗[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）