浅谈地铁供电系统谐波电流和无功功率综合治理方案

吴乃哲

摘 要：随着城市化进程的不断加快，地铁得到了广泛的应用，主要是由于其具有安全性、稳定性与便捷性。在地铁建设规模日益扩大的背景下，其供电系统的质量问题成为了人们热议的内容，该系统为地铁的影响是显著的，同时对电网能够造成谐波污染与无功浪费。为了有效处理谐波电流与无功功率的问题，文章根据二者的危害提出了几点治理的建议，旨在提高地铁电能的质量，保证地铁系统供电系统供电的高效性、可靠性与稳定性。

关键词：地铁供电系统；谐波电流；无功功率；危害；治理

引言

在城市轨道交通中，地铁扮演着重要的角色，其作用日益显著，它具有一系列的优点，如：无污染、快速度、安全、准时与可靠等。地铁的运用促进了土地的高效利用，为城市居民营造了良好的居住环境。地铁作为现代化的交通工具，它得到了居民、政府与社会的普遍认可。为了进一步提高地铁的安全性与可靠性，文章对其供电系统展开了研究，对其中存在的谐波与无功功率问题进行了处理，在此基础上，为地铁提供了可靠的电能。

1 地铁供电系统的概况

地铁供电系统主要是由两部分构成的，分别为外部电源与内部供电系统，前者是指一次高压供电系统，其供电方式主要有三种，即：分散式、集中式与混合式；后者是指牵引供电系统、供配电系统与电力监控系统。地铁供电系统作为基础性能源设施，它是地铁正常、安全与有效运行的可靠保障。

2 地铁供电系统谐波电流和无功功率的危害

2.1 在谐波电流方面

地铁供电系统在运营时会产生谐波电流，通常情况下，供电系统中的牵引变电所的整流机组降压整流方式主要为两种，分别为12脉波整流与24脉波整流，在机组降压整流后，出现的谐波电流有5、11、23与25次。在社会经济稳定发展的背景下，地铁供电系统中使用的用电设备多为低压与高节能类型的，其中变频装置的应用具有广泛性与普遍性，在此基础上，低压配电系统中的谐波畸变更为严重。照明系统的运行形式为电子整流器，在此期间谐波出现的次数为3次；空调与电梯的运行，在此期间谐波出现的次数为5、7次[1]。

谐波电流危害主要体现在影响着地铁供电系统的电流，会使其出现叠加与流窜，在此基础上，电流会逐渐放大，进而直接影响着地铁供电系统的安全性。同时，它也威胁着电力系统的安全，谐波污染会影响整个城市的电力系统。谐波电流的具体危害为：叠加与流窜的电流会使电容器持续加热，在长时间后，电容器的热度便会超过安全界线，此时电容器会出现老化的问题，其使用时间也将缩短，进而电容器极易出现击穿故障；在电流增大的基础上，供电系统中的线路损耗会逐渐增加，其中的变压器额定容量也会不断降低；同时，谐波电流影响着系统的保护装置，局部停电的情况将更为普遍，它也影响着系统的电机，振动与噪音的问题将更加严重，电机的使用时间将大幅度的缩短。

2.2 在无功功率方面

地铁供电系统在运营时，用电设备的用电负荷为感性负荷，此时用电负荷的性质与功率因数均存在差异，地铁供电系统极易出现无功功率，无功效应也随之出现。无功功率的危害主要是提高了地铁运营的成本，制约着节能环保目标的实现[2]。

3 地铁供电系统谐波电流和无功功率的治理

3.1 采取有源滤波技术

谐波电流的危害是显著的，为了实现对谐波电流的抑制，主要的方法为无源滤波器的运用。目前，随着地铁供电系统的快速发展，传统的抑制方法未能适应供电系统的发展需求，为了实现对谐波电流问题的有效解决，要对无源滤波技术进行积极的应用，并制定合理的、科学的、高效的方案，以此有效解决谐波污染的问题。

在科学技术的支持下，有源滤波技术得到了快速的发展，此技术在地铁供电系统中的应用取得了良好的效果。此项技术的实施主要是借助供电系统的电流波形实现的负载检测，通过傅立叶分析与IGBT技术的运用，使系统中接收到了反转电流，在此基础上，实现了谐波电流的过滤。与此同时，有源滤波技术的应用也实现了无功功率问题的处理，促进了负荷功率的提高，以此保证了供电系统的安全性与可靠性。

但有源滤波技术在实际应用过程中也存在不足，主要是由于相关的装置安装，使供电系统的无功功率进一步增多，对于供电系统的功率因素控制能力相对较弱，因此，在主变电站安装了无功补偿装置[3]。

3.2 利用动态无功补偿技术

在科学技术水平不断提升的背景下，地铁供电系统的无功功率问题得到了广泛的关注，为了实现对此问题的有效解决，相应的技术得到了研究，并将技术进行了应用，以此保证了供电系统的稳定性、安全性与可靠性。动态无功补偿技术的作用是显著的，通过动态无功补偿装置的运用，促进了相应技术作用的发挥，并使该技术得到了发展。

动态无功补偿技术主要是借助大功率的电子器件，促进了无功能力的转变，通过高频开关功能，实现了无功功率的补偿，进而有效解决了地铁供电系统的无功功率问题。此项技术的特点是显著的，如：较小的占地面积、对母线电压的影响较少，同时耗能偏低、效率较高。无功功率补偿装置与其他装置相比，其体积仅为后者的50%左右，该装置具有一定的独立性，其恒流源具有可控性，因此对母线的影响基本为零。同时，动态无功功率补偿装置在运行过程中，未产生谐波电流，因此，实现了部分谐波电流的消除[4]。

目前，地铁系统具有一定的复杂性与特殊性，为了实现对谐波电流与无功功率问题的综合治理，要将上述两种技术进行有效的结合，不仅要安装有源滤波装置，还要设置无功功率补偿装置。

4 结束语

综上所述，文章主要研究了地铁供电系统的谐波电流与无功功率治理，分析了二者的产生与危害，并提出了处理的具体建议，如：有源滤波技术的采用与动态无功补偿技术的利用。相信在先进技术的支持下，地铁供电系统中的问题将得到有效的治理，地铁的作用将更加显著。

参考文献

[1]孙才勤.地铁供电系统谐波无功功率的综合治理方案[J].电气化铁道，2009（5）：40-43.

[2]王哲，何进.地铁供电系统谐波抑制与无功补偿[J].建筑电气，2014（8）：46-49.

[3]戴瑜兴，张义兵，胡庆伟.智能建筑谐波和无功功率的综合治理[J].电工技术杂志，2013（12）：31-33.

[4]段永强.地铁供电系统谐波的分析及治理[J].城市轨道交通研究，2012（6）：117-120.