探討地鐵供電系統(tǒng)諧波與無功功率的影響

王玉興

摘 要：地鐵運行過程中會帶動多個系統(tǒng)同時運行，其中供電系統(tǒng)是比較重要的組成部分之一。本文主要針對地鐵供電系統(tǒng)諧波與無功功率的影響進行了研究分析，并制定了有效的處理方案，希望能夠更好地保障地鐵的正常運行。

關(guān)鍵詞：地鐵供電系統(tǒng)；諧波；無功功率；運行質(zhì)量

地鐵供電系統(tǒng)在地鐵中占據(jù)著非常重要的位置，起到關(guān)鍵性作用。可是，地鐵供電系統(tǒng)在正常運行中會產(chǎn)生大量的諧波和無功功率，直接影響到整個供電系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，導(dǎo)致地鐵正常運營受到阻礙。基于此，相關(guān)人員應(yīng)重視對此問題的研究，并在此基礎(chǔ)上探索行之有效的策略，從而更好地控制諧波和無功補償帶來的影響，保證供電系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)性，推進地鐵的順利運營。

1 地鐵諧波和無功功率分析

1.1 供電系統(tǒng)諧波

節(jié)能是當前社會發(fā)展中重點提倡的，社會在進步的同時也吸引了人們對節(jié)能環(huán)保的重視度，社會和科技的發(fā)展對當前節(jié)能環(huán)保提出了全新的挑戰(zhàn)和要求。地鐵在當今社會已經(jīng)得到普及，多數(shù)大城市已經(jīng)在大量建設(shè)地鐵交通，也因此，地鐵中接入的供電系統(tǒng)非線性電器設(shè)備的數(shù)量隨之不斷增加。此設(shè)備在運行中會形成大量的諧波，產(chǎn)生諧波最多的部分是機車牽引裝置和車站機電設(shè)備。在供電系統(tǒng)牽引裝置中諧波電流的大小會隨著牽引整流機組的脈波高低而定。根據(jù)實際測試數(shù)據(jù)顯示可以看出，諧波的含量越低就越能滿足城市電網(wǎng)公用電網(wǎng)諧波的需求。不僅如此，地鐵供電系統(tǒng)中還有其他諧波存在，尤其是變電所0.4kV母線側(cè)的諧波特征尤為豐富。

1.2 供電系統(tǒng)無功功率

地鐵所有的供電系統(tǒng)基本上都是用電設(shè)備，大都屬于感性負荷，配電系統(tǒng)都采用電纜線路，導(dǎo)致系統(tǒng)整體功率因數(shù)超高。通過對地鐵實際運行情況的了解，一般地鐵在運行高峰期時段每個變電所的110kV側(cè)的功率因數(shù)可達到0.9以上，地鐵線路0.4kV側(cè)的功率因數(shù)達到0.85以上；而到了夜晚，地鐵運行低谷期其感性負荷就會自動斷開，供電電纜自身由于具備充電效應(yīng)，會形成容性無功功率并同時返回到電網(wǎng)系統(tǒng)中，直接造成功率因數(shù)大幅度下降。而城市電網(wǎng)會在主變電所裝設(shè)動態(tài)無功補償和諧波綜合治理設(shè)備，可是在地鐵中由于其含有的低壓配電設(shè)備眾多，加上無功功率的影響，就會導(dǎo)致大量浪費，所以，針對無功功率補償在0.4kV側(cè)的開展需要重點研究。

2 諧波的危害和無功功率的影響

地鐵在運行過程中會有各種因素影響其正常運行，上文也提到了地鐵供電系統(tǒng)在運行過程中會產(chǎn)生大量的諧波，而且會隨著供電系統(tǒng)的運行不斷流竄、疊加和擴大，當諧波含量超出特定范圍時就會影響到地鐵供電系統(tǒng)的正常運行，帶給供電系統(tǒng)的影響分為以下幾方面：第一，導(dǎo)致供電設(shè)備的工作效率降低，使用電量增加；第二，電氣設(shè)備在運行過程中會出現(xiàn)嚴重的噪音、震動現(xiàn)象，直接影響電氣設(shè)備的使用壽命；第三，會造成電網(wǎng)中出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，促使諧波含量不斷增長，最終影響通信系統(tǒng)的正常運行；第四，會使繼電保護和自動裝置出現(xiàn)錯誤動向或拒動，影響電器測量儀表計量的準確性。一般無功功率被分為基波和諧波兩種類型，所造成的影響主要有：①會造成電流和視在功率不斷增大，促使電氣設(shè)備和線纜的容量增長；②會使總電流增加，導(dǎo)致設(shè)備和線纜浪費量增加；③會使線纜和變壓器的電壓降增長，直接影響供電的質(zhì)量。

3 供電系統(tǒng)諧波和無功功率的治理措施

地鐵正常的運營都是依靠其中各類用電設(shè)備的支持，想要保證地鐵內(nèi)供電系統(tǒng)的電器設(shè)備能夠在一個安全、環(huán)保且經(jīng)濟的環(huán)境中運作，首要任務(wù)是有效去除諧波與無功功率帶給地鐵系統(tǒng)的影響。一般地鐵供電系統(tǒng)諧波與無功功率多處于低壓配電系統(tǒng)中，因此，應(yīng)著重從變電所0.4kV側(cè)對其開展治理。

在地鐵供電系統(tǒng)中安置有源濾波器設(shè)備可以有效規(guī)避諧波與無功功率帶給電氣設(shè)備的影響，從而提升地鐵供電系統(tǒng)的工作效率。所謂有源濾波器實際上就是能夠抵御諧波和補償無功的智能化電力電子設(shè)備，其主要由諧波信號檢測與補償形成。一般有源濾波器所安置的位置存在很大的差異，以特定負荷局部補償和部分補償、集中補償3種形式為主。

4 諧波和無功補償容量的計算

地鐵中不同的負荷都具有一定的波動性，而且地鐵在不同的運營時段和不同的季節(jié)時低壓側(cè)設(shè)備的變動會直接關(guān)聯(lián)到諧波的變動，一般在地鐵運行高峰時間段和夏季產(chǎn)生的諧波含量比較高。一般低壓供電系統(tǒng)在運行高峰期時產(chǎn)生的諧波量大且功率因數(shù)高，到了夜間低谷期諧波容量就會減少，功率因數(shù)也隨之降低。計算有源電力濾波器配置容量的公式為

式中代表供電系統(tǒng)諧波補償電流的是Ic，單位為A；補償無功電流為Ivar，單位為A；Ur為額定電壓，單位為kV。基于地鐵供電系統(tǒng)實際情況發(fā)現(xiàn)，地鐵配電變壓器正常運行過程中的負荷率為0.4～0.5，電流總諧波畸變率為10%～15%。

5 結(jié)束語

總而言之，地鐵供電系統(tǒng)在正常運行過程中會產(chǎn)生一定的諧波和無功功率，很可能會影響到地鐵供電系統(tǒng)的工作效率。所以要加大對地鐵產(chǎn)生諧波和無功功率原因的研究力度，同時制定有效合理的措施對其進行防范和抵御，從而保證地鐵供電系統(tǒng)的工作效率，讓其在安全可靠的環(huán)境中運作。

參考文獻

[1]陳自滿.地鐵供電系統(tǒng)諧波電流和無功功率綜合治理方案[J].技術(shù)與市場，2014，（7）：62.

[2]孫才勤.地鐵供電系統(tǒng)諧波無功功率的綜合治理方案[J].電氣化鐵道，2009，（5）：40-43.

（作者單位：深圳市地鐵集團有限公司運營總部）