地铁配电系统谐波产生原因及危害分析

李鹏

摘 要：地铁在正常运行中经常会受到地铁配电系统谐波的干扰。在地铁配电系统出现谐波的时候，相关的工作人员需要全面的对谐波问题进行分析，积极的查找原因，并且采取有效的措施进行解决，才能够保持地铁良好的运行状态。

关键词：地铁配电系统；谐波；原因；危害

前言

地铁配电系统谐波对地铁的良好运行具有非常大的危害，因此，相关的工作人员需要充分认识到谐波的危害，进而在实际的工作中进行有效的预防。下面将对此问题进行具体的分析。

1 地铁配电系统谐波产生的原因

近些年我国地铁配电系统受到谐波电流影响而造成电路或设备的故障，并将故障扩大化的现象已有很多例，谐波电流对地铁配电系统的影响也是有目共睹的，谐波电流多产生于用电、发输电、供变电等环节，尤其是用电环节中所产生的谐波电流较多[1]。在地铁配电系统中，整流装置、铁磁性元件设备等是谐波电流的主要产生原因，谐波电流产生原因具体如下：

1.1 非线性电光源

地铁配电系统中会涉及到荧光灯的使用，荧光灯具有显色性好、光效高、可以调光等优点，但是荧光灯需配用电子镇流器才能实现调光的功能，而在使用的过程中就会产生奇次谐波，而且，为了提高荧光灯的功率因数，会将其并联到电容器上，而这将会造成谐波的放大[2]。

1.2 变频器

变频器是配电系统的主要部件，负责对配电的变频工作，应用领域极为广泛，主要以交流-交流的变频、交流-直流的变频等两种类型，在使用中两者都采用的是相位控制技术，而在变频转换后就会产生谐波。

1.3 风机水泵

风机、水泵被应用到多个场所，在运行中会消耗大量的电能，而这对于一些场所应用功率较大的风机、水泵，会造成大量的能源消耗，而为了节省的消耗，会对风机、水泵配备变频控制器和软启动器，从而实现改善设备的运行节能效果，但是，变频控制器大多都是采用三相桥式的整流电路，在运行中会产生5次谐波电流或7次谐波电流。

1.4 电弧现象

电弧现象多发生在电源检修的环节，如对地铁车站区间隧道、风机房等区域的检查会发现电弧的现象，而电弧发生会伴有负阻特性，也就会产生谐波电流，当然，检修过程产生的电弧时间较短，谐波对配电系统的影响也极小。

2 谐波对地铁配电系统的危害

2.1 对电容器的危害

谐波电流对电网的影响极大，而谐波的程度也会对电网以及设备造成一定的危害，尤其对电容器来说，一旦谐波在电网中发生，很有可能对电容器的感抗值造成成倍的增加，而且，还会对电容器的容抗值造成成倍减少的想象，极易发生谐振的现象，使得电网中的谐波电流放大，对电网及其电网上的设备造成烧毁的现象。尤其是作为城市重要交通的地铁来说，一旦配电线路上的设备出现烧毁现象，会对地铁的运营造成一定的影响。

2.2 对电网的危害

谐波的发生对电网会造成极为严重的影响，而电网是供电的主要枢纽线路，一旦电网受到影响，势必会对电网供电的稳定性、安全性以及可靠性造成影响，例如，电网电阻过大出现解裂烧毁的现象、电网接地保护的功能失常、线路以及线路上的设备过热易烧毁、远程遥控系统受到影响对线路设备的遥控功能失常、增加电网功率的损耗、缩短电网以及电路设备的使用寿命等，对于地铁配电系统来说，一旦发生这类事故可能会造成某些控制系统的失灵，后果不堪设想。

2.3 对变压器的影响

变压器是电网的枢纽电路中的电流，通过变压器的运行来转变到各个线路的使用电压，然而，在地铁配电系统运行过程中会产生一定的谐波电流，而谐波电流的出现，会直接增加电力变压器的损耗，从而增加了电力变压器出现铜损，并会伴有变压器局部过热、振动等现象，而且，在这种情况下运行的电力变压器也会出现较大的噪声、绕组过热的现象，对于电力变压器来说，这无疑于造成严重的损伤，尤其是变压器的涡流和磁滞的损耗会逐渐增加，对电力变压器的安全、稳定的运行也会产生一定的影响。

2.4 对电缆的影响

谐波电流的出现对电缆也会产生严重的影响，会增加电缆的漏电量、增加输电过程中的损耗、加大了对介质的损耗等，使得输电过程中电缆线路的温度不断升高，尤其是地铁配电系统中所采用的大多都是干式电缆，谐波电流对干式电缆会造成更大的影响，而且还会产生单相接地的故障现象。

3 地铁配电系统抑制谐波的措施

3.1 处理好变频器与周边设备之间的关系

变频器是配电系统中的重要组成结构，而自身的无线电却可能会对外界的电力设备造成谐波电流的干扰，因此，要合理处理变频器和周边电力设备之间的关系，避免变频器的使用产生谐波而对配电系统的影响。首先，变频器的传输方式主要是以无线电的形式，可以在无线信号输出输入设备上加装抑制电抗器，可以有效的避免变频器产生的无线电对外界设备造成的干扰，在当今使用的抑制电抗器主要有FIL1、FIL2等设备，要根据变频器工作的实际情况进行选择；其次，对使用其他的设备要有着一定的要求，尤其是无线电输入环节使用的频率响应较好、阻抗较高的数字测量仪器仪表之类的设备，这会加大变频器无线电对周边设备的干扰，因此，为了更好的保证变频器的输出输入所发出的无线电不会其他设备造成影响，应尽量避免使用数字测量仪器仪表之类的设备；再次，对变频器的输出输入功率电信布局时，要充分考虑到周边设备的布局情况，避免与周边设备之间的控制线发生电磁场耦合的现象，否则会产生严重的干扰，对整个配电系统都有可能造成影响。

3.2 防止变频器引起电网波形畸变

电网波形畸变的发生，会对电网的部分设备运行造成影响，工作失常、失灵等，甚至会造成整个配电系统的失常现象，因此，应防止变频器工作中引起电网波形畸变。为此，可以采用电感量较大的电抗器，以此来确保变频器能正常配置直流电抗器，以及输入侧交流电抗器。另外，地铁配电系统对地铁的运行有着重大的意义，如果条件允许的话可以采用功率因数校正技术，以此来实现对变频器内部进行整流滤波的改型设计，通过改型设计后突破的传统的变频器输入方式，并以单相和三相变换器作为输入方式，对防止变频器引起电网波形畸变有着重大的作用。

3.3 抑制谐波的其他措施

谐波对配电系统的设备、线路等都有着一定的危害，要避免这类危害现象的发生，可以在电容器的回路中补偿一组串联电抗器，以此来避免谐波对电容器的感抗值和容抗值的影响。谐波电力对配电系统中的电容、电感以及电阻造成的危害较为明显，对此可以在配电线路上加装高通滤波器、单调谐滤波器等，以此来避免谐波对配电系统线路以及设备中的电容、电感、电阻的干扰影响。

4 结束语

文章主要针对于地铁配电系统谐波产生原因及危害进行了相关方面的研究，通过文章的探讨，我们了解到，在地铁配电系统出现谐波的过程中，需要积极的查找原因，并且采取有效的措施进行解决，才能够进一步促进地铁配电系统的正常运行。

参考文献

[1]袁青山，于国栋.上海轨道交通供电系统电力谐波的分析和治理[J].城市轨道交通研究，2009（03）.

[2]谢东力.郑州矿区电力系统谐波分析及治理[J].中州煤炭，2007（06）.